面向大規(guī)模渲染的復(fù)雜場景數(shù)據(jù)組織方法研究.pdf

1、當(dāng)今，真實感渲染在影視，動畫，廣告等行業(yè)中被越來越廣泛的應(yīng)用。隨著計算機硬件性能的提升，我們對真實感渲染的效果，速度的需求都有著進一步的提高。近年來，由于單核cpu的發(fā)展已漸漸達到物理極限，因而，并行系統(tǒng)開始迅速發(fā)展，渲染也已經(jīng)開始并行化，例如，電影《阿凡達》每幀渲染時間72小時，如果是單核計算機需要在16000年之前開始，然而，并行渲染大大縮短了這個時間，weta工作室利用35000多計算節(jié)點，4000臺服務(wù)器進行并行渲染，將渲染的時

2、間減少至幾個月。從數(shù)據(jù)存儲方面來講，當(dāng)建模人員建好模型之后，模型數(shù)據(jù)不會被直接用來渲染，因為這些模型數(shù)據(jù)組織方式與建模軟件本身有莫大的關(guān)聯(lián)，例如有些軟件記錄了建模人員的一系列操作。然而，我們需要渲染時，不能夠依據(jù)這些操作來進行渲染，這會影響引擎的兼容性。因此，我們需要建立統(tǒng)一的渲染數(shù)據(jù)規(guī)范，為各種建模軟件提供使能工具，使得每種使能工具都能夠輸出統(tǒng)一的規(guī)范化的渲染數(shù)據(jù)。
　　本文根據(jù)大規(guī)模并行實驗的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了一些引發(fā)效率低的問題因

3、素，其中包括多幀的復(fù)雜場景數(shù)據(jù)量的規(guī)模因素，主要表現(xiàn)在幾何方面的因素;其次是小文件的數(shù)量所導(dǎo)致的問題。幾何數(shù)據(jù)方面的問題:一個場景的中間數(shù)據(jù)描述的是整個場景當(dāng)中所有幾何體的信息（包括光源，模型等），因此，它的大小跟場景復(fù)雜程度有關(guān)，例如一個1000個幾何體的場景，按照一個幾何體大小平均1MB計算，幾何體占用空間大小將達到1GB，而且，如果我們渲染一段動畫，每一秒30幀，僅僅10秒鐘的動畫的數(shù)據(jù)量將達到300GB。我把幾何體數(shù)據(jù)與坐標變換

4、分離，并將所得到的所有重復(fù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲，從而減少了幾何數(shù)據(jù)量的輸出。。材質(zhì)方面的問題:在減少幾何數(shù)據(jù)量輸出之后，引用數(shù)據(jù)的方式也影響著并行的效率。由于一個場景當(dāng)中材質(zhì)數(shù)量較多（1000個幾何的場景中大約有300多種材質(zhì)），而且描述每個材質(zhì)的程序片段小至幾KB，大到幾十KB。如果對這種數(shù)據(jù)處理不當(dāng)容易造成大量的小文件產(chǎn)生，不但不利于文件的傳輸，而且在渲染時，頻繁的I/O操作，會造成計算過程的中斷，從而降低了并行的效率。本文中我將采用一種方

5、法，首先重新組織材質(zhì)數(shù)據(jù)在外存的表示方式，使其能夠正確地被讀入主存;其次，我根據(jù)材質(zhì)文件小而數(shù)量大的特點，一次性讀入主存之后，當(dāng)需要材質(zhì)時，直接從主存中調(diào)用，極大的減少了系統(tǒng)I/O，尤其是對于有獨立緩存的集群渲染效率更高。通過本文的工作，規(guī)范化的數(shù)據(jù)組織方式可以減少數(shù)據(jù)量的輸出以及在并行渲染中減少內(nèi)外存的調(diào)度。針對復(fù)雜場景具有大量幾何體，和每個幾何體都會有一種材質(zhì)這一特點，我們將對場景內(nèi)的幾何數(shù)據(jù)和材質(zhì)數(shù)據(jù)的組織方式分別進行討論。在實現(xiàn)