正在阅读：高性能计算在动漫产业中的应用高性能计算在动漫产业中的应用

　　动漫产业在最近一段时间的IT界当中掀起不小的波澜。各个国家的单位，纷纷上了动漫相关的行业。这种趋势和背景导致了我们这些作为中立的技术机构，开始介入到这个行业当中。我们CISP主要作为一个中立的技术机构，对独立的软件供应商，还有OEM，还有合作伙伴，还有学术界相关的实验室，提供一种相互交流，并且相互促进的这样一个中介的作用。

　　那么在过去的一段时间当中，PVC  Lab跟我们硬件厂商，还有软件厂商合作，为很多的动漫行业的客户提供相应的服务。例如我们中心的领导邱博士开场的时候说的一些项目。

　　比如说渲染农场的应用，渲染农场是一个计算机群，用于渲染这种CGI的图像，主要用于电影或者电视广告当中一些现实场景无法拍摄，只能通过虚拟或者仿真的方式，达到一个影视的特效的结果。应该来说这是跟我们以往所认知的科学计算的应用不太一样。以往的科学计算的应用，可能涉及的大量的通讯，大量的数据处理，还有并发性的问题，还有可并行性的问题等等。那么渲染农场有哪些特性呢，我们提到视觉特效的时候，跟日常提到的所谓的3D游戏，或者虚拟现实有什么不同呢。作为一个计算来说，渲染农场的应用，是一个无相关的性的典型的应用。无相关性，就是指我们看到的每段视频都是独立的帧来构成的，我们电视上每秒钟过的帧是24个帧，在制作一个CG的镜头的时候，我设置一个起始点，还有一个结束点，把中间的开始和结束叫做两个关键帧，然后两个关键帧中间的动作的移动，还有物体的移动，通过一些具体的算法实现的，然后动作开始拆分很多的帧，帧与帧之间，模型到具体的图像，需要一个渲染的过程，但是这些帧拆分出来，并且进行独立渲染的时候，帧与帧之间没有相关性，渲染农场是非常容易运行的的。

　　第二是非交互性。实际上跟我们实时地3D图形去比较的话，在渲染农场当中形成的图像没有相关性的，这个过程当中把所渲染的结果定死了，没有太大的改变。不像游戏，或者虚拟现实的场景当中，比如说鼠标移动，人物可以转身等等，不会出现这样的情况。

　　第三是非实时性的应用。如果我们是一个游戏玩家的话，可能关注这个游戏的快慢。或者在空军当中做模拟飞行的飞行员，我可能关心的是虚拟出来的3D虚拟现实的环境，能不能跟当时的现实环境相同。在渲染农场当中，关注画面的精细程度，还有模仿周围的真实的场景，这种真实的程度，不关注它的反应。

　　这是渲染农场跟我们一般认知的3D处理不同的一些特性。

　　我们做渲染过程的时候，有一些什么环节呢。基本上有三个过程，我们做一个片子，需要一个导演和编剧，他们可能根据剧本的理解，构建一个想要的场景，根据场景专业的创意人员，会让我们的演员带上一个动作捕捉器，可以在你的一些肘关节带上一些感应器，可以把导演根据你的动作要求捕捉下来，然后把你的动作里面的一些关键点，映射到虚拟的人物的身上，然后这个虚拟人物可以动起来。第三步，就是有了捕捉的动作，那么虚拟人物就建立起来了，这个虚拟人物必须在一定的场景当中做这些运动，这个场景可能包括后面的大屏幕，还有不同的外设的光源。通过这些场景设置以后，然后开始进行渲染。比如说人的皮肤上面可以贴一些材质，可能把这个黄皮肤的人物，可能贴上黑皮肤的，可以有一个贴图的过程。还要把光源的综合的因素考虑进去。比如我站在这里，面前有一百盏灯，还有这个光源射在脸上的一个效果。这是一个非常密集的应用。在看大量动漫的行业的时候，往往发现他们使用的机器的用量，硬件的数量非常大。

　　那么在中国，我们现在动漫行业什么状态呢，或者哪些人用动漫的产品，包括软件，还有硬件平台呢。在这里给大家说一下，第一是说我们专业的电影，电视的影视特效的处理的部门，比如说央视，北影等等，他们专门的影视部门有相关的需求。这一块影视制作的市场，主要集中在北京和上海。还有一种是比较小规模的，是私人的独立的专业的工作室，比如说承接广告当中的渲染的工作。应该来说，这个产业比较发达的包括北京、上海、深圳。还有是我们地方的电视台，他们可能也有一些相关的需求。那么也有类似的应用的场景出现。

　　比如说一些大的公司把一些动作捕捉，还有创意，人物的造型设计做好，然后渲染方面的工作放在中国来做。这是目前我们在国内看到的一些商业机会和我们潜在的合作伙伴。

　　我们看一个完整的渲染的架构，应该是有包含哪些硬件组件和软件组件呢。那么硬件方面，从软件的功能来解释硬件起到的作用。首先作为一个专业的动漫人员，通过Maya或者3DMax来做，会在一台PC的工作站上做相关的工作，可能非常强非常好的一个PC的工作站，第二做一些基本的设计，可能是一些场景，光影效果的一些需求等等。然后通过特定的调度系统，将设计好的场景，还有各自关键帧的不同的视频的帧，通过调度系统，或者分发系统发布到大量的PC服务上去，然后最后算下来的结果，都是独立独立的帧，不能完整的构成一段视频，这个时候需要一些非线性编辑的工具，最后组合成我们需要的视频。可能需要一些音效，或者一些图需要后处理。这是典型的硬件和软件的结构。

　　第一我们需要一个建模的软件，第二我们需要一个调度器，第三我们需要一个非线性编辑的系统，应用软件层面的三个要求。还包括操作系统，还有IT管理的工具。这里不多说了。

　　这里是一个动漫行业所要求有的一个渲染的平台。那么这个平台，为什么我们经常需要这么大的计算量呢，为什么会当做一个严格意义上的PC来看呢，因为计算量非常巨大的。

　　在这里是一个计算量随着你的视频的分辨率还有它的变化的趋势图。最低是标准清晰度的视频，我们日常看到的电视的标清的分辨率的图片，我们看到一个15秒的一个广告，一台主流的两路双核的服务器，需要31个小时进行渲染。用高清的视频，或者电影要求的，在影院放映的分辨率的视频的话，一台服务器需要7500天来做1.5小时的电影。在北京天文馆他们具有这样一个级别的动漫的应用。

　　这里是一个例子，是一个非常非常小的海洋模拟的过程，整个是九帧，分辨率是640×480。在四台惠普的刀片上面需要将近五分钟做渲染，并且Bit  Depth只需要8。

　　刚才跟大家讲我们软件的结构，还有硬件方面的需求等等，我们做现实项目的时候还碰到一些问题。首先第一个问题，应用专业人员遇到IT架构的障碍。我参加过很多动漫渲染行业的一些峰会。我看到的都是一些扎马尾辫，或者扎耳钉的艺术家，他们对色彩的感觉比我们做IT的人好的很多。但是实际上他们对于IT的认知，仅仅停留在装系统，装XP这样的一个概念上面。然后通过我跟很多客户聊，他们甚至不知道有HPC存在，不知道利用现有的HPC的软件做相关的工作。他们在一直不停地用XP，用Linux的是少数。大量的用的是一些插件，可能有一些特定的场景，可能需要二次开发的插件才能解决他们手头的问题。第三个问题，是IO瓶颈，每秒钟需要25帧，才能构成一个连续的镜头。一帧在胶片上面的存储大概在7M左右。大家刚刚看过的葫芦娃翻新的版本的电影，这个所有的胶片倒下来以后，这些机器大量的时间等待IO的瓶颈。还带来了一个后期数据的管理问题，我们做版本的视频或者广告的时候，涉及到四、五千帧的量，可能有一些帧可能消失了。我如何判断我的帧丢了，后续怎么处理。如果做一个八帧的话，丢了一个的话，可以手工加就可以了。如果是电影的话怎么办，他们每个帧都记下来，然后后期在进行管理。实际上他们停留很原始的阶段上面，用草稿版来记。这是一个很有意思的问题。

　　第四个问题渲染算法，单核到多核的架构来说，目前还处于一个适应的阶段当中。渲染的算法我们还需要一些机构做一些相关的优化。

　　我们主要的工作是基于微软的比较容易开发的平台，比如说做一些后续数据的管理等等相关的工作。目前来说我们做的一些项目，取得了一点点进展。