基于云计算的下一代动漫渲染系统研究

在动漫制作过程中，渲染是动画制作的最后一步，也是至关重要的。目前传统的渲染方式存在效率低下，

近年来， 我国的动漫行业作为自主创新的朝阳产业， 动画应用的领域越来越广泛。

最新的3D 动画， 给人带来极大的视觉冲击力，让人身临其境。渲染是3D 动画制作的最后一步。同时渲染也是最耗费资源的一步。渲染周期常常以天和月计。大型的动画项目，以前一般都用专用工作站进行渲染工作，超级计算机(专用工作站)可以完成需要大量运算的渲染任务， 但由于高昂的售价和庞大的体积不适合大部分的中小型动漫制作企业。

本文利用云计算渲染平台搭建一个3D 动画制作服务平台， 为广大用户提供方便、高效的计算服务，从而大力推动动画行业的发展，具有很高的经济和社会效益[1]。

2. 基于云计算动漫渲染系统的结构设计 系统大致可以分为四个层次(如图1)。最外层为客户端，包括 B/S 两种方式。第二层为管理层，包括中央管理节点(center)，次级管理节点(Master)，文件服务器(Storage，包括输入和输出两种)，一致性检查器(consistency checker，也可称为守护程序)，负责整个系统的任务调度，机器控制与监控。第三层为分发层，包括任务的划分、集群的Qos、负载信息的收集，最底下层为渲染层，负责任务的渲染计算、和数据存储工作。

3. 云计算渲染系统的规划与设计 根据并行图形渲染任务划分阶段与典型图形绘制流程的关系，可以将并行图形渲染算法划分为三个类别：Sort-first、Sort-middle、Sort-last (如表1)。

普通的分布式计算渲染平台一般不需要对场景进行优化，因为不要求实时效果，所以不同的系统， 对同一场景文件都会渲染出同样的结果。但要想达到可接受的帧率，必须采取特定的技术，对场景进行优化，从而降低运算量。基于云计算的实时渲染技术主要致力于解决了下列问题： 1) 降低场景复杂度 为了保证虚拟场景实时绘制场景画面质量的前提下，减小场景文件的数据量，使虚拟场景文件在互联网上有更快的加载和渲染速度。有效减少虚拟展示场景初次搭建时间，在后期场景漫游时能在保证场景高真实度的情况下，有效降低系统内存消耗、提高场景运行时的FPS 值。要降低特定3D 场景的复杂度，首先要对场景进行分析和组织，找出有效的算法，才能更好地管理场景。其中细节层次模型(LOD)的方法具有普遍性和高效性。LOD 是Level of Detail 的缩写。所谓的LOD 模型是指根据不同的显示对同一对象采用不同精度的几何描述，物体的细节程度越高，则数据量越大，描述越精细；细节程度越低， 则数据量越小，描述越粗糙。因此可以根据不同的显示需求，对需要绘制的对象采用不同的描述精度， 从而大大的降低需要绘制的数据量，使实时三维动画渲染成为可能。

2) 3d 加速硬件的支持 主要是通过GPU 加速技术，包括智能分析技术(目标检索、目标识别、特征匹配、影像增强等)，纹理映射技术，可编程着色器技术，顶点着色器技术，几何体着色器技术等。