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1、基于曙光集群的动画渲染集群方案摘要：电脑动画是计算机图形学和艺术相结合的产物,它给人们提供了一个充分展示个人想像力和艺术才能的新天地。目前, 电脑动画已经广泛应用于影视特技、商业广告、游戏、计算机辅助教育等领域。而在各种影视和动画领域令人难以置信的视觉效果背后是众多的三维动画制作软件和视频特技制作软件。三维动画不仅需要非常强大的设计软件，更需要能提供强大运算能力的硬件平台。曙光公司作为国内服务器技术领先的企业，拥有丰富行业经验。服务器产品包括从2路、4路到8路的AMD Opteron全线单、双核产品，可为动画设计行业的用户提供全面的产品解决方案。1.动画设计的背景和发展动画作为一种独特的视觉艺
2、术形式一直受到广泛欢迎。从早期的二维动画设计到目前的三维动画设计，经历了将近10年的发展，已经步入全盛时期。这里提到的二维动画是指以 “分层”技术为基础的动画设计方法。动画师将运动的物体和静止的背景分别绘制在不同的透明胶片上，然后叠加在一起拍摄。发达的电脑技术与优秀动画师的联姻进一步推动了二维动画的发展，各个层开始在电脑上直接合成，电脑还能绘制出大自然、科幻式奇效等手绘无法完成的画面。而目前最为流行的三维动画设计则是依赖的CG技术通过电脑强大的运算能力来模拟现实，建模、运动、渲染是制造三维动画的基本步骤。总体说来二维动画更接近于绘画，而三维动画则更接近于摄影。目前，三维动画设计强大的优势越来越
3、被人们所认可。同二维动画相比三维动画有着更为优美的动画画面和更加逼真的视觉效果。另外三维动画还具有许多突出优势：它不受帧数的限制，在模拟动作灯光都设置妥当的前提下，渲染程序可以自动产生足量的画面，使影片看起来如同现实一般流畅自然；在着色方面，三维动画的渲染步骤是一次性的过程，不必再像二维动画那样逐帧着色，大大减少了重复劳动。就拿我们熟知的海底总动员为例，制作人员先依据原画，以点、线、面逐步完善的方式，创建出小鱼与周围的海洋环境的几何信息，这种搭“骨架”的方式就是“建模”；之后是“运动”，在有了模型的基础上，通过运动捕捉、力场模拟等方法来让小鱼们按照设计运动起来；接下来的“渲染”，则是在三维世界
4、中添加虚拟的灯光、通过摄像机来模拟摄影，此时小鱼的肤色和纹理都变得十分清晰和逼真，海水也被赋予了流动的波纹；当然，建模、运动、渲染只是三个“基本”步骤，在经过“光照计算”，并按照虚拟摄影机的设置来逐帧成像之后，那些各式各样、色彩斑斓的鱼才能真正游动了起来。方案范文无法思考和涵盖全面，最好仔细浏览后下载使用。2.计算机动画制作的流程2.1.动画前期制作项目简介：电视3d系列宣传片，集广告宣传与趣味故事为一体的全三维动画制作概念设计业内通用的专业动画流程前期制作，内容包括根据剧本绘制的动画场景、角色、道具等的二维设计以及整体动画风格定位工作，给后面三维制作提供参考分镜故事板根据文字创意剧本进行的实
5、际制作的分镜头工作，手绘图画构筑出画面，解释镜头运动，讲述情节给后面三维制作提供参考2.2动画中期制作3D粗模在三维软件中由建模人员制作出故事的场景、角色、道具的粗略模型，为Layout做准备。建模工作从简单的基本形体开始逐步修改、变形得到复杂的模型是建模的一项重要技术。基本形体的建立参数可以在创建之前设置，也可在创建之后编辑。其中复合物体主要是布尔运算（Boolean，19世纪英国数学家），主要是体块间的相并（Union)、相交（Intersection）和相减（Substraction）操作，可用于诸如在墙面上挖门洞、窗洞。3D故事板（Layout）用3D粗模根据剧本和分镜故事板制作出La
6、yout（3D故事板）。其中包括软件中摄像机机位摆放安排、基本动画、镜头时间定制等知识。3D角色模型3D场景道具模型根据概念设计以及客户、监制、导演等的综合意见，在三维软件中进行模型的精确制作，是最终动画成片中的全部“演员”。方案范文无法思考和涵盖全面，最好仔细浏览后下载使用。贴图材质根据概念设计以及客户、监制、导演等的综合意见，对3D模型 “化妆”，进行色彩、纹理、质感等的设定工作，是动画制作流程中的必不可少的重要环节。贴图，顾名思义，就是使用一幅或多幅图像“贴”到模型上，制作物体表面的纹理（Texture）或绘图特征很显然，对具体的图像就要贴到特定的位置，三维软件使用了一种贴图坐标（Map
7、 Coordinate）的概念，一般有平面（Plannar）、柱体（Cylindrical）和球体（Spherefy）贴图，分别对应于不同的需求（注：Maya的贴图概念略有差别）。材质，即材料的质地，体现于物体的颜色、透明度、反光度和反光强度、自发光特性以及粗糙程度等特性上面。对于模型“毛坯”，如果不作贴图处理，就要对它设置相应的材质属性。毫不夸张地说，材质和贴图是一件作品的灵魂，好的材质和贴图可以弥补建模的不足。对于精细的物体，一般都需要多重贴图，如对一片叶子，可能要用到颜色贴图，凹凸贴图等。骨骼蒙皮根据故事情节分析，对3D中需要动画的模型（主要为角色）进行动画前的一些变形、动作驱动等相关设
8、置，为动画师做好预备工作，提供动画解决方案。分镜动画参考剧本、分镜故事板，动画师会根据Layout的镜头和时间，给角色或其它需要活动的对象制作出每个镜头的表演动画。灯光根据前期概念设计的风格定位，由灯光师对动画场景进行照亮、细致的描绘、材质的精细调节，把握每个镜头的渲染气氛。计算机中的灯光一般都有泛光灯（如太阳、蜡烛等四面发射光线的光源）和方向灯（如探照灯、电筒等有照明方向的光源）。灯光起着照明场景，投射阴影以及增添氛围的作用。同真实的灯一样，你可以 选择光色、强度，设置衰减等，也包括一些真实灯光所没有的特性，如对场景中的物体选择性的影响以及是否投射阴影的控制。由于计算机中的物体没有反射性（除
9、非使用辐射度（Radiosity）渲染器），因此设置一个恰当的照明环境是个比较麻烦的过程。3D特效根据具体故事，由特效师制作。若干种水、烟、雾、火、光效在三维软件中的实际制作表现方法。分层渲染/合成动画、灯光制作完成后，由渲染人员根据后期合成师的意见把各镜头文件分层渲染，提供合成用的图层和通道。2.3.动画后期制作配音配乐方案范文无法思考和涵盖全面，最好仔细浏览后下载使用。由剧本设计需要，由专业配音师根据镜头配音，根据剧情配上合适背景音乐和各种音效。剪辑用渲染的各图层影像，由后期人员合成完整成片，并根据客户及监制、导演意见剪辑成不同版本，以供不同需要用。动画合成传统的赛璐珞（cel）动画已经过
10、时，计算机逐渐取代了他的位置。计算机动画一般使用关键帧（keyframe）的概念，即由设定动画主要画面（一般是动画中动作或场景变化较大的那一瞬间）并设置关键帧，而关键帧之间的过渡由计算机来完成，这个过程称为插值（Interplet）。为了形象化动画信息，更好地不编辑动画情态，三维软件大都将动画信息以动画曲线（Animation Curve）表示。动画曲线的横轴是时间（帧），竖轴是动画值，可以从动画曲线上看出动画设置的快慢急缓、上下跳跃。3.动画渲染的需求3.1什么是动画渲染渲染，英文为Render,也有的把它称为着色，但习惯把Shade称为着色，把Render称为渲染。Shade是一种显示方案
11、，一般出现在三维软件的主要窗口中，和三维模型的线框图一样起到辅助观察模型的作用。Shade可以显示出简单的灯光效果、阴影效果和表面纹理效果，但是Shade采用的是一种实时显示技术，硬件的速度限制它无法实时地反馈出场景中的反射、折射等光线追踪效果。而现实工作中我们往往要把模型或者场景输出成图像文件、视频信号或者电影胶片，这就必须经过渲染程序。渲染是基于一套完整的程序计算出来的，硬件对它的影响只是一个速度问题，而不会改变渲染的结果，影响结果的是看它是基于什么程序渲染的。因此渲染可以细致的显示出纹理贴图、光源影响甚至阴影效果，比如是光影追踪还是光能传递等技术细节。3.2.动画制作软件简介当今影视、电
12、视媒体和游戏工业中几种主流的三维动画与渲染软件，它们是：Alias公司的Maya、Avid公司的Softimage|XSI、Side Effects Software公司的Houdini、Discreet公司的3D Studio Max、Newtek公司的 Lightwave 3D、Pixar公司的Photorealistic Renderman和Mental Images公司的Mental Ray。目前主流的，被广泛应用的主要是Maya、Softimage|XSI和3D Studio Max。详细内容请参考4.6 动画制作和渲染的软件介绍。3.3.动画渲染的瓶颈三维图像处理过程由创建三维模型
13、及执行几何运算开始。一个完整的三维图像处理过程可分为物理运算、几何转换、剪切及光效、三角形设定和像素渲染四个阶段，其中需要进行大量的浮点运算（包括物理实体、几何转换、剪切、光效，以及三角形设定）和整数运算（包括三角形设定和像素渲染）。方案范文无法思考和涵盖全面，最好仔细浏览后下载使用。因此在这种背景下，势必存在繁重低效的过程，也就“渲染瓶颈”。在进行三维创作过程，动画设计者大都使用图形工作站来完成渲染的任务。单机渲染视图和动画时所需时间往往让人难以忍受，30帧动画就可能耗费数小时，显然渲染时间显得十分困窘，使用单机工作站渲染视频动画的方式速度实在很低，往往是以数天计算，甚至上月的；这样的渲染占
14、到很大的制作时间比例。另外，必须考虑解决渲染过程中的I/O瓶颈。当动画越来越逼真、模型越来越细腻、渲染要求越来越高的情况下，伴随着文件变大、素材库变大，庞大的数据处理将使得32位计算本身在架构上就成为一个瓶颈。因为32位的工作模式已经决定了I/O的带宽不能满足数据处理的要求。4.基于曙光集群的集群渲染在动画节目制作过程中渲染所需要的时间越来越多，而利用PC工作站来进行渲染的方式必定无法满足如此庞大的计算量。因此，我们需要使用集群渲染系统来解决渲染的瓶颈问题。并行集群渲染系统由一台或几台服务器、多台PC和网络连接设备构成，每台PC拥有中央处理器、主板、内存以及存储设备。渲染服务器通过一系列分布式
15、工作命令借助强大的渲染能力来帮助设计师高效率地完成三维作品的最后成形。借助于分布式渲染器，动画设计者不仅可以在设计完成3维模型以后，导入集群渲染系统，通过集群渲染强大的数据处理能力，迅速的按需求进行动画或静帧进行渲染。通过分布式计算，将一个大型的模型快速渲染，时间往往缩短到原来的1/2，1/3，甚至几十分之一。原来可能要几天运算的数据，可能几个小时就能搞定，大大提高工作效率。 集群渲染系统是有很多渲染节点组成，采用领先的分布式渲染技术，系统将自动确定网络中可用的渲染节点和资源，同时将将任务分解到相应渲染节点，自动负载平衡功能可以优化工作流程中每个渲染节点的使用效率。如果某一个渲染节点与网络断开
16、，内置式故障保护功能管理端将自动将作业重新路由到渲染集群中的其他渲染节点，确保渲染工作如期完成。 集群渲染系统目前可以很好的支持3dsmax，maya中或softimages、lightwave等软件设计模型的网络渲染工作。在实际应用的过程中，集群渲染系统将可以根据具体设计软件调整参数结合使用，较好地解决了复杂情况下的模型渲染问题。对于已经构造好的三维模型，也可以利用集群渲染，可以通过简单的设置对来对渲染模型属性参数进行交互式的编辑与修改，以达到迅速设定渲染模型的目的。 使用集群渲染能够大大节省了渲染时间、减轻了渲染劳动强度，同时能够为高效率地完成后续合成工作打下了坚实的基础。这一点在中、大型建筑模型应用和计算机动画等多媒体制作领域作用尤为明显。4.1.集群渲染介绍4.1.1.集群渲染的的流程方案
