基于場景鏡頭內(nèi)數(shù)據(jù)相關(guān)性的集群渲染優(yōu)化與研究.pdf

1、在國家文化產(chǎn)業(yè)振興的大背景下，中國的CG影視產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，CG電影逐步向著超高清、3D電影等方向發(fā)展。隨著畫質(zhì)越來越高，畫面越來越細膩，渲染一幀圖像所需的計算量日益增加，渲染電影動畫中的一幀圖像往往需要數(shù)個小時，這帶來的結(jié)果是渲染整個電影動畫的整體時間越來越長。渲染電影動畫，單個計算機的計算能力是難以滿足其巨大的計算能力需求的，采用集群進行并行渲染成為一種常用的加快整體渲染時間的方法。
　　采用集群并行渲染時，傳統(tǒng)的

2、渲染管理軟件都是將渲染任務作為普通的任務來處理的，并沒有考慮到渲染應用的特殊性質(zhì)，比如渲染任務與任務之間的在時間上的連續(xù)性、渲染任務需要的數(shù)據(jù)上的相關(guān)性等。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，同一個渲染鏡頭內(nèi)存在共享數(shù)據(jù)，多個并行渲染的任務之間都需要訪問相同的靜態(tài)幾何數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)，針對該特性，本文對集群上的并行渲染做了特定優(yōu)化處理。
　　本文的主要工作是在集群渲染環(huán)境下，圍繞同一個鏡頭內(nèi)的渲染幀任務之間存在共享的幾何數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)的特性，即幀任務之間

3、的數(shù)據(jù)相關(guān)性，所展開的研究。
　　為了能夠利用鏡頭內(nèi)幀任務的數(shù)據(jù)上的相關(guān)性，需要將并行執(zhí)行的、所處理的任務同屬一個鏡頭的渲染引擎進程，通過消息通信的方式連接成為一個整體，由這個整體統(tǒng)一管理整個鏡頭中的共享數(shù)據(jù)，本文稱每個這樣的整體為一個渲染單元，稱負責管理共享數(shù)據(jù)的部分為共享數(shù)據(jù)管理。每一個渲染單元負責處理同屬于一個鏡頭的渲染任務。當渲染單元內(nèi)的節(jié)點需要訪問共享數(shù)據(jù)時，需要向共享數(shù)據(jù)管理發(fā)出數(shù)據(jù)請求，然后共享數(shù)據(jù)管理針對該請求做相

4、應操作。
　　由于渲染單元作為一個整體來處理同屬一個鏡頭的幀任務，這意味著需要對用戶任務進行多級調(diào)度:鏡頭級任務調(diào)度、幀任務調(diào)度。其中前者在渲染管理軟件進行，而后者由渲染單元負責處理。
　　本文中實現(xiàn)的數(shù)據(jù)管理模塊設計上參考了分布式文件系統(tǒng)的設計方法，支持位置透明性、數(shù)據(jù)訪問透明性和數(shù)據(jù)復制等特性:位置透明性和數(shù)據(jù)訪問透明性使得渲染引擎及其使用的三方庫可以透明的使用共享數(shù)據(jù)管理，無需進行大量的應用代碼修改，并且在需要時可以方

5、便的切換至使用操作系統(tǒng)庫進行文件訪問的狀態(tài)。
　　由于渲染既是一個計算密集型應用，同時也是數(shù)據(jù)密集型應用，為了避免對正常渲染造成影響，共享數(shù)據(jù)管理只能將共享數(shù)據(jù)分散存放在整個渲染單元的各個計算節(jié)點上，這帶來了異地數(shù)據(jù)訪問的問題。本文中介紹了三種可用來實現(xiàn)異地數(shù)據(jù)訪問的方法，基于MPI單邊通信、基于RDMA和基于TCP協(xié)議棧的方法，并實現(xiàn)和測試了基于RDMA的方法。
　　本文中所做工作為國家863項目《真實感動漫渲染系統(tǒng)應用與