А. С.БОХУЛЕНКОВ, А. В. САХАЦКИЙ,
В. В. РОСЛОВЦЕВ, Л. Д. ШУМСКИЙ
Научные руководитель – В. Э. ВОЛЬФЕНГАГЕН, д. т.н., профессор
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ПЛАТФОРМА
ОНЛАЙН РЕНДЕРИНГА
Рендеринг – процесс построения изображения по 3d модели (или набору моделей, который может быть назван сценой) средствами компьютерных программ. Рендеринг в основном применяется при создании видео и систем виртуальной реальности. Данные задачи являются чрезвычайно требовательными к качеству рендеринга и скорости его выполнения. Однако увеличение качества изображения приводит к росту сложности вычислений, что замедляет процесс и повышает требования к оборудованию, на котором исполняется процесс. Решением, удовлетворяющим требования к качеству и скорости, является распараллеливание алгоритмов рендеринга, основанных на моделировании естественного поведения света. В данном докладе рассмотрен проект по разработке распределенной платформы онлайн рендеринга, реализующий подобный подход к решению задачи рендеринга.
В настоящее время компьютерная графика нашла свое применение во многих областях, таких как архитектура, вычислительная биология, физика, автоматизированное проектирование и компьютерное моделирование. Для всех подобных задач различают два типа рендеринга: медленный, но качественный пре-рендеринг, и менее качественный рендеринг в режиме реального времени. Для пре-рендеринга на хороших графических станциях, показательным временем визуализации может быть 6 часов для обработки одного кадра. Время может варьироваться в зависимости от характеристик аппаратуры настроек рендерера, но минимальное время все равно будет велико.
Решением является использование онлайн рендер-ферм – частных кластеров рендереров, сдаваемых в аренду за плату. К числу компаний, предоставляющих подобные услуги, относятся RenderCore, RenderJump, RenderTitan. Их недостатком является отсутствие поддержки вычислений с помощью GPU, оптимизированных для выполнения параллельных операций, имеющих место в задачах обработки графики; отсутствие масштабируемости за счет сторонних ресурсов; привязанность к существующим инструментам создания сцен; невозможность реализации пользовательских алгоритмов визуализации. Таким образом, данные системы не всегда могут предоставить удовлетворительные результаты работы при минимально возможных затратах времени.
Целью данного проекта является построение масштабируемой платформы, позволяющей проводить пре-рендеринг и рендеринг в реальном времени. Основу данной платформы составляет распределенная неоднородная вычислительная сеть, поддерживающая гибкую модель декомпозиции вычислительных процессов и вычислительных задач.
Реализация платформы осуществляется с учетом возможностей масштабирования за счет сторонних ресурсов и использования пользовательских алгоритмов рендеринга. Файл сцены, полученный с помощью систем моделирования, приводится к формату, удобного для декомпозиции, и обрабатывается аппликативной[1] вычислительной средой.
За счет подобного подхода к работе со сценами система получает ряд преимуществ:
1. При работе с алгоритмами рендеринга, основанными на технологии шейдеров, система получает возможность проводить визуализацию отдельных объектов на разных узлах, что позволяет производить вычисления параллельно и дает существенный выигрыш во времени.
2. Появляется возможность сокращения объема вычислений для методов, моделирующих естественное поведение света (методы трассировки лучей и пути) [2].
Таким образом, платформа является пригодной не только для рендеринга сцен, но и для проведения исследований в области компьютерной графики и анимации.
Ожидаемые особенности данной платформы, представляющей собой программный продукт, предназначенный для удаленного рендеринга: формируемый по требованию конвейер рендеринга; подключаемые дополнительные эффекты; возможность использования пользовательских модулей для рендеринга. Распространение продукта планируется в качестве службы PaaS. Целевыми потребителями являются физические лица, малые и средние компании, не способные содержать мощные графические станции, а так же исследователи в области компьютерной графики.
Список литературы
1.Вольфенгаген, и средства вычислений с объектами. Аппликативные вычислительные системы / . — М.: ЮрИнфоР, 2004. — 787 pp.
2.Whitted T. (1979) An improved illumination model for shaded display. Proceedings of the 6th annual conference on Computer graphics and interactive techniques.
