網絡集群渲染實驗室的建設

曹永正

天津美術學院 天津 300141

網絡集群渲染實驗室的建設

曹永正

天津美術學院 天津 300141

目前集群渲染已經成為動漫、建筑、工業等多媒體制作所依賴的不可缺少的重要環節,我院根據形勢需要,建設網絡集群渲染實驗室,搭建“產、學、研”一體化創新平臺,創造有利條件,解決教學、科研和社會服務等多方面的問題。

動漫；三維；集群渲染；實驗室建設

Abstract: Nowadays cluster rendering has become an important and indispensable segment in the animation, architecture, industry and multimedia production, according to the situation requirement, we construct a network cluster rendering laboratory and build an integrative and innovative platform of “product, study and research”, to create favorable conditions and solve the issues coming from teaching, research, social services and etc.

Key words: animation; three-dimension; cluster rendering; laboratory construction

中國的動漫產業發展勢頭迅猛,2009年國務院出臺的《文化產業振興規劃》標志著文化產業已經上升為國家的戰略性產業,而動漫產業列入國家八大重點發展的文化產業門類之一。天津擁有全國最大的動漫產業基地—國家動漫產業綜合示范園,著力打造成為中國動漫版圖上的新地標,文化創意產業的不斷發展,將成為支撐中國第三增長極的重要創新極。

在動漫創作以及影視制作、游戲、廣告、工業設計、建筑設計等創作過程中,其圖形圖像渲染的過程對設備硬件、機器的運算速度要求非常高,一般的計算機難以勝任。網絡集群渲染系統由很多渲染節點組成,采用先進的分布式渲染技術,系統將自動確定網絡中可用的渲染節點和資源,同時將任務分解到相應渲染節點,借助其強大的渲染能力來完成最終作品。通過此設備進行分布式計算,僅使用原來幾十分之一,甚至是幾百分之一的時間,大大提高工作效率。

我院現有現代藝術學院動漫專業,設計藝術學院工業設計、環境設計、視覺媒體等專業對圖形圖像的渲染需求比較高,現有的計算機設備已經滿足不了實際需求,所以,組建先進、穩定、開放、成熟又有拓展研究性的、易維護和易管理的多媒體數字渲染平臺,建設網絡集群渲染實驗室勢在必行。

1 建設集群渲染實驗室的必要性

1.1 大背景下的實際需求

我院是全國美術院校中具有較大影響力的藝術院校,歷史積淀濃厚,在服務區域經濟、文化創意產業發展方面,扮演著重要角色。我院在創新人才培養,科研創作,社會服務方面,應當把握當前難得的歷史發展機遇,緊緊圍繞服務區域經濟,文化創意產業的發展。在天津建設全國最大的動漫產業基地,打造文化創意產業方面新標桿的大背景下,我院建設渲染實驗室,打造教學、科研、產業服務一體化平臺,是非常有實際意義的。

1.2 與主流產業制作流程保持一致

渲染是圖形圖像制作中的必要環節,也是知識轉化為產品或生產力最直接的環節,為了提升產出效率,節約開發成本,已經有越來越多的企事業或科研單位開始使用集群渲染系統,該系統乃至配套軟件逐漸成為行業主流制作流程中的標準配置。因此,學習、掌握并熟練應用渲染系統,有助于師生對整個行業制作流程的了解與掌握,使我院教學與行業制作流程的主流相吻合。

1.3 解決現實需要

隨著數字化生產越來越廣,我院教師、學生參與社會上動漫、三維設計等科研項目越來越多,在學院正常的教學實踐環節中,動漫專業、產品設計、環藝設計等大型三維設計課程隨時需要圖形圖像的渲染。這些項目的規模,都不是簡單的幾臺電腦搭個簡易的渲染環境就能解決的,需要專業的渲染環境和渲染設備,才能從根本上解決如生產成本、使用效率、利用方便等多方面的現實問題。

2 集群渲染系統規劃和設計

方案拓撲如圖1所示：

圖1 天津美術學院集群渲染系統結構圖

網絡集群渲染系統主要有渲染服務器,文件分發服務器,中央存儲系統,渲染管理軟件等組成。

2.1 渲染服務器

我們選擇的是刀片服務器,刀片服務器具有低功耗、空間小、單機售價低等特點,同時它還繼承發揚了傳統服務器的一些技術指標,比如把熱插拔和冗余技術運用到刀片服務器之中,這些設計滿足了密集計算環境對服務器性能的需求；還可以通過負載均衡技術,有效地提高服務器的穩定性和核心網絡性能。而從外表看,與傳統的機架/塔式服務器相比,刀片服務器能夠最大限度地節約服務器的使用空間和費用,并為用戶提供靈活、便捷的擴展升級手段。

2.2 管理和任務分發服務器

主要承擔2種任務,提供基本的網絡服務,調度渲染服務器上的任務。

2.3 中央存儲器

集群渲染系統需要連接海量存儲以保存渲染出來的電影序列,渲染1小時的高清序列大概需要1TB左右的存儲空間,但是還要材質、貼圖以及場景和粒子緩存文件等大量數據需要放到中央存儲上。中央存儲需要文件服務器來管理文件數據和訪問權限,并且使用可選的方案來拓展帶寬空間。整套集群渲染系統部署在42U工業標準機柜中,通過千兆網絡連接各個服務器。

2.4 渲染管理軟件

考慮到我院學科特色和專業設置情況,需要管理軟件的兼容性好,穩定性高,使用方便,維護成本低等特性,我們選用了最成熟的分布式并行計算解決方案之一的EnFuzion,專門針對動畫影視行業的EnFuzion for Render Farm作為集群渲染管理軟件,其專門為CG用戶設計,可以直接在Maya,3ds max,XSI等動畫軟件內部采用很簡單的方式提交動畫工程到服務器進行渲染。

3 實驗室功能定位

3.1 培養學生的實踐能力

一直以來,學生注重理論,疏于動手的局面沒有完全有效解決,其中有部分原因是缺乏動手實踐的環境,換句話說,就是沒有可以去動手實踐操作的機會,作為藝術類高校,實踐性是其專業特性,我們應該創造條件,搭建這類平臺,滿足學生的動手實踐操作需求。

通過在集群渲染實驗室的實踐操作和實習過程,學生對集群渲染系統的組成結構、系統構成有比較直觀的了解,能夠對渲染過程有更進一步的認識,使得在以后的動畫或三維設計中對某些后期制作過程中需要注意的地方有提前預見性的考慮,還能夠對整個動畫或三維作品的生產流程有了全局的把握,使學生的動手實踐操作能力得到進一步加強。

3.2 對學科發展的支撐作用

集群渲染技術的應用,使得動畫、影視制作、產品設計和建筑設計等制作進程進一步加快,制作能力進一步增強,能夠制作出更精細、大型、復雜和動態的效果,能夠有效地促進學科的健康發展,同樣,有了該平臺的支撐,還可以促進新專業的建設,帶動學科的延伸。教師對該平臺的掌握和運用,可以提升其在科研、教學中對動畫、三維制作過程的全盤把握和時間測算,可以滿足其對項目進度中各個節點的準確掌握和計算。

3.3 服務區域經濟、創意文化產業發展

目前,集群渲染作為高端系統設備,前期投資較大,很多中小級制作企業還不能普及。我院利用自身美術院校學科優勢,擁有良好的師資力量、先進的大型設備、濃郁的歷史積淀、較大的社會影響力,通過建設集群渲染實驗室,建立產、學、研一體化科研創新平臺,使學校的創新人才培養模式與企業的高新技術人才需求緊密結合,形成無縫鏈接,促進學校與企業之間的進一步合作,著力打造共贏局面。為區域經濟、創意文化產業發展提供創新型人才和產業的高端服務。

4 實驗室開放運行的具體要求

集群渲染實驗室,作為稀缺資源,應該著眼于學科發展、科研創作和社會服務方面盡量提高其設備利用率,逐步降低使用成本,不斷提升設備效能,還要著眼實際,充分照顧到我院動漫專業和工業設計、環境設計、視覺設計等各專業的實驗教學需求以及成果轉化需要,應從實驗室管理體制、人員配備、運行維護機制和保障措施等方面給予明確。

針對渲染實驗室的特殊性,其對專業技術人員的要求比較高,既有計算機網絡方面的專業知識,又熟練掌握各種三維動畫軟件的專業知識,對渲染環境的搭建、維護和渲染過程中的設置能夠熟練掌握,并能夠完成各種軟件升級帶來的軟硬件的兼容測試,還能及時解決出現的各種問題。Enfuzion系統針對用戶提供了后期開發的接口,專業技術人員可以在此基礎上根據自身的需要開發相應的管理軟件,解決各種實際需求。

另外,實驗室應能做到全天候開放,專業技術人員應該養成填寫設備使用記錄的習慣,將平常使用過程中所遇到的問題和解決的方法實時記錄下來,形成文字材料,最后作為設備操作指導書和技術檔案留存,供后期查閱。

5 結束語

該實驗室的建立將提高我院在動漫、影視制作、產品設計、環境設計、建設設計、廣告等多領域的科研與創作能力,培養學生成為理論素養高,動手實踐能力強的創新型人才,提高我院為天津市以及濱海新區建設的服務能力,為區域經濟、創意文化產業的發展貢獻更大的力量。

[1] 文化產業振興規劃[EB/OL].http://news.xinhuanet.com/ politics/2009-09/26/content_12114302.htm

[2] 天津市政府.天津市人民政府關于印發天津市文化產業振興規劃和第一批文化產業振興重點工作計劃的通知[Z].天津：津政發[2010]1號

[3] Enfuzion 9.0 user manual[R].Axceleon Inc, January, 2006

Construction of the network cluster rendering laboratory

Cao Yongzheng
Tianjin academy of f ne arts, Tianjin, 300141, China

2010-12-13

曹永正，本科，實驗師。