動漫渲染

動漫渲染,是動漫製作的核心環節之一。

簡介

動漫渲染,是動漫製作的核心環節之一。它基於一套完整的程式進行計算,從而通過模型、光線、材質、陰影等元素的組合設定,將動漫設計轉化為具體圖像,一般包括獲取模型、設定攝像機、照明方案、材質紋理和陰影等5個流程。動漫渲染是實現創意和前期設計構想的關鍵環節,直接決定動漫作品的視覺效果,高水平的渲染可以細緻地顯示出材質紋理和光景效果,使形象更加生動逼真。

工作內容

動漫渲染大體上包括5個流程:獲取模型(調入需要的場景和角色模型)、設定攝像機(包括攝像機的機位、景深、焦距,以及最終圖像的輸出解析度、格式)、照明方案(設定燈光參數)、材質紋理(物體表面的材質特徵及紋理貼圖,包括顏色、透明、反射、光澤等)、陰影,高水平的渲染可以細緻地顯示出材質紋理和光影效果,使形象生動逼真。

眾所周知渲染在整個動畫生產環節中意味著什麼,高品質的畫面是每一個創作者共同追求, 當項目風格確定後,角色設定,分鏡腳本,set up測試,特效測試和渲染測試都將同期開展,這時渲染部門要做的工作有:找一些模型來設定燈光色彩(將片中所涉及到的時間段(比如黃昏,傍晚,黎明...)儘量都測試一遍;計畫應該使用的渲染圖層;估算渲染周期;和後期合成部門商討渲染方案;設定在什麼情況下使用什麼渲染器;根據上述內容,做一份詳細的渲染計畫表。

做這些工作的目的如下:

目的1:得到一套和渲染相關的數據上報製片部門,便於項目統籌;

目的2:給可能加入的新的渲染工作人員一套可參考數據,能讓他很快上手工作;

目的3:公司存檔備案,給日後提升工作效率提供依據。

在做渲染測試時,我們應該考慮的就是如何更好的達到項目風格要求,目前就國內外市場整體情況來看,被大家廣為接受的動畫風格分為:純二維動畫(《死神》《火影忍者》),純三維動畫(《料理鼠王》),二維式三維動畫(如:《小馬王》),二維+三維動畫(《蘋果核戰記》)幾類,畫面色彩傾向:亮麗、鮮明唯美;單色、冷艷乾脆;陰暗、灰調低沉。

存在問題

跟美國、日本等動漫大國相比,我國動漫產業還處於初級發展階段,產業分工十分粗糙,動漫製作和渲染沒有完全分開,規模小,套用雜,手工操作、人工管理還普遍存在,幾乎處於“刀耕火種”的狀態。總的來說,動漫渲染領域還存在以下一些套用痛點:

1)“共用平台”的特殊定位:由於動漫公司普遍缺乏規模,所以中國當前的渲染平台還是以公用的渲染製作平台為主,這主要以全國各個動漫基地的公共平台為代表,通常是一方出資興建,出租給企業使用。另外,從全球動漫產業鏈定位來看,中國作為“外包加工廠”,也需要應對來自歐美等市場多種不同要求的渲染項目。 這些決定了我國的渲染平台需要有很強的集成性、適應性和靈活性,這與美國有很大不同。美國的渲染平台,比如迪斯尼和好萊塢一些影視公司,基本都是自建自用的,相對比較固定,不需要在上面運行多種軟體,更加強調系統的安全性和可靠性。

2)系統複雜,管理困難:共用的渲染生產線遠遠超出了一般平台的複雜性。首先是渲染軟體的複雜性,不同的渲染任務需要不同的渲染軟體以及對應外掛程式,比如Maya主要用來做影視特效,3ds Max則用於遊戲以及建築動畫表現形式的製作。而不同軟體,以及同一軟體的不同版本對應的外掛程式都不一樣,甚至相互衝突,為一個任務匹配合適的軟體及外掛程式需要較為專業的人員;其次,硬體管理的複雜性,渲染集群通常會有四路、雙路等不同類型伺服器,也會有GPU和CPU的不同計算類型。對渲染套用而言,即便是同屬於X86架構的AMD與Intel也是異構設備,因為不同的處理器渲染的圖片色差十分嚴重。

3)各區域資源分配不均:在經濟較發達地區,大部分的動漫渲染平台閒置率居高不下,而同時在經濟欠發達地區,硬體設備和教育資源的欠缺又限制其文化產業的發展。

4)原始的渲染作業管理:渲染行業還處於“除了渲染是自動化的以外,其餘的都是人工”的狀態,渲染任務提交和返還用硬碟拷、渲染資源的人工分配的情況還比較普遍,渲染用戶對於渲染過程無法直接監控,平台管理運營還停留在以人工為主的原始操作。

5)智慧財產權安全得不到保障:現在用戶提交渲染任務普遍是通過移動存儲設備拷入或者遠程FTP提交,然後再由渲染平台工作人員分配到制定的渲染平台上,動漫渲染完成後也是以這種模式返還用戶手中,過程中用戶提交的各個渲染任務都沒有得到保護,被剽竊、拷貝走隨時有可能發生。

渲染農場

動漫渲染之“渲染農場”

隨著3D、4D電影的興起和高清動漫趨熱,動漫渲染的運算量呈幾何倍數增長,由高

性能計算(HPC)集群構成的“渲染農場”成為大規模動漫製作的主流選擇。

在渲染過程中,無論是3D動畫軟體還是2D圖像合成都需要耗費大量的渲染時間。如果用工作站(單路雙核處理器)承擔渲染工作,一部2K解析度的普通CG電影,渲染時間大約在每幀1小時左右,如果要達到4K、6K的高清解析度,一幀畫面的渲染時間可能在10小時以上。而且,在渲染計算過程中製作人員無法使用工作站進行其他工作。

渲染農場以高性能計算集群為基礎,將海量的渲染任務分割成若干份,交由網路中分布的多台伺服器共同運算,最終存儲到一個指定的目錄里,由製作人員調用。在上述案例中,假設用單台工作站(單路雙核處理器)進行渲染,採用2K解析度,如果每幀渲染時間在2個小時左右,則僅僅一分鐘的電影就需要120天的渲染時間!而如果採用渲染農場,將一分鐘的渲染任務分發到60台伺服器(雙路四核處理器)上,12小時左右就可以完成工作,而且不會占用製作時間。

再以《玩具總動員》為例,如果僅使用一台電腦(單一處理器),這部長達77分鐘的影片的渲染時間將會是43年,而採用集群渲染系統,只需約80天。

我國高性能計算技術的快速發展和套用,為我國動漫產業的興起和興旺帶來了強勁的助推動力。浪潮是國內最早涉足高性能計算的廠商之一,經過多年市場實踐和不斷的技術創新,浪潮形成了以天梭TS10000和浪潮倚天為代表的高性能集群系統和桌面超算產品,為不同規模的動漫套用提供了多樣化的平台選擇。浪潮天梭TS10000高性能計算集群,已經成為承載超大規模、超高性能科學計算的優質平台,在資源勘探、科學研究和動漫渲染等領域有著廣泛套用;浪潮“倚天”是國內首款採用“CPU+GPU”協同計算架構的萬億次桌面超級計算機,使中小科研機構和動漫工作室在低成本下套用高性能計算成為可能。

針對國內動漫用戶“一機多用”等套用特點,浪潮作為優秀的IT方案提供商,為動漫生產從前期設計到中後期製作的全業務流程,打造了涵蓋測試、部署最佳化以及運維的整體解決方案,用戶在不同環節遇到的存儲、I/O、軟體兼容性問題將得到一體化解決,高性能計算集群的套用效能將得到最大化發揮。其中,在加強“軟實力”方面,浪潮為用戶提供集合了渲染引擎、3D動畫製作軟體和相關外掛程式在內的軟體包,並通過自主設計的天梭監管軟體EffiScale實現整個系統的智慧型化管控。

技術發展

隨著雲計算這一新興技術的誕生和逐漸成熟,信息技術引領者逐步開始了雲計算在動漫渲染領域套用實踐。作為國內最大規模的IT產品和服務廠商之一,浪潮首度提出“渲染雲”解決方案,幫助動漫企業實現從傳統的集群渲染到渲染雲的套用提升。渲染雲是一種基於網路的渲染服務提供方式,讓用戶以Web界面、全自主的完成各種渲染任務。從後台看,渲染雲需要整合大量的異構硬體、渲染軟體和外掛程式,並且將多個渲染平台進行協同管理,實現資源的按需分配、按量計費。

浪潮“渲染雲”主要解決了產業的兩大套用問題:一是渲染任務以及異構軟硬體資源的自動化管理,實現不同渲染集群、甚至跨Internet不同數據中心之間的渲染任務的均衡分配和管理,提高渲染資源利用效率及投資回報率;二是渲染客戶的遠程自助服務,終端客戶只需要通過Web就可以享受到任務提交、任務進度查看和收費情況等全程服務。在引入這一模式後,渲染業務將簡化成三個步驟:客戶線上提交任務,渲染雲管理中心調度資源進行計算,雙方線上進行業務結算。

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