基于場(chǎng)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(zhǎng)，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(xì)膩，渲染一幀圖像所需的計(jì)算量日益增加，渲染電影動(dòng)畫中的一幀圖像往往需要數(shù)個(gè)小時(shí)，這帶來的結(jié)果是渲染整個(gè)電影動(dòng)畫的整體時(shí)間越來越長(zhǎng)。渲染電影動(dòng)畫，單個(gè)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力是難以滿足其巨大的計(jì)算能力需求的，采用集群進(jìn)行并行渲染成為一種常用的加快整體渲染時(shí)間的方法。
　　采用集群并行渲染時(shí)，傳統(tǒng)的

2、渲染管理軟件都是將渲染任務(wù)作為普通的任務(wù)來處理的，并沒有考慮到渲染應(yīng)用的特殊性質(zhì)，比如渲染任務(wù)與任務(wù)之間的在時(shí)間上的連續(xù)性、渲染任務(wù)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(gè)渲染鏡頭內(nèi)存在共享數(shù)據(jù)，多個(gè)并行渲染的任務(wù)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(duì)該特性，本文對(duì)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(gè)鏡頭內(nèi)的渲染幀任務(wù)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(wù)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(wù)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(wù)同屬一個(gè)鏡頭的渲染引擎進(jìn)程，通過消息通信的方式連接成為一個(gè)整體，由這個(gè)整體統(tǒng)一管理整個(gè)鏡頭中的共享數(shù)據(jù)，本文稱每個(gè)這樣的整體為一個(gè)渲染單元，稱負(fù)責(zé)管理共享數(shù)據(jù)的部分為共享數(shù)據(jù)管理。每一個(gè)渲染單元負(fù)責(zé)處理同屬于一個(gè)鏡頭的渲染任務(wù)。當(dāng)渲染單元內(nèi)的節(jié)點(diǎn)需要訪問共享數(shù)據(jù)時(shí)，需要向共享數(shù)據(jù)管理發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，然后共享數(shù)據(jù)管理針對(duì)該請(qǐng)求做相

4、應(yīng)操作。
　　由于渲染單元作為一個(gè)整體來處理同屬一個(gè)鏡頭的幀任務(wù)，這意味著需要對(duì)用戶任務(wù)進(jìn)行多級(jí)調(diào)度:鏡頭級(jí)任務(wù)調(diào)度、幀任務(wù)調(diào)度。其中前者在渲染管理軟件進(jìn)行，而后者由渲染單元負(fù)責(zé)處理。
　　本文中實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)計(jì)上參考了分布式文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，支持位置透明性、數(shù)據(jù)訪問透明性和數(shù)據(jù)復(fù)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(jìn)行大量的應(yīng)用代碼修改，并且在需要時(shí)可以方

5、便的切換至使用操作系統(tǒng)庫進(jìn)行文件訪問的狀態(tài)。
　　由于渲染既是一個(gè)計(jì)算密集型應(yīng)用，同時(shí)也是數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，為了避免對(duì)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(gè)渲染單元的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上，這帶來了異地?cái)?shù)據(jù)訪問的問題。本文中介紹了三種可用來實(shí)現(xiàn)異地?cái)?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(shí)現(xiàn)和測(cè)試了基于RDMA的方法。
　　本文中所做工作為國家863項(xiàng)目《真實(shí)感動(dòng)漫渲染系統(tǒng)應(yīng)用與