Современные информационные технологии/2.Вычислительная техника и программирование

А.Д. Маймаков, И.А. Угай, Р.И. Бармашёв

Национальная научная лаборатория коллективного пользования информационных и космических технологий КазНТУ имени К.И. Сатпаева, Алматы, Республика Казахстан

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ПОСТРОЕНИЯ РЕНДЕР-ФЕРМ

В данной статье приведены результаты сравнительного анализа, существующих технологий построения рендер-ферм. Данные результаты содержат преимущества и недостатки рассмотренных технологий.

Трёхмерная графика или 3D (3 Dimensions) является большим разделом в области деятельности, в которой компьютеры используются в качестве инструмента как для синтеза изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира, а также совокупности приёмов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов [1]. Процесс воссоздания объектов из реального мира (автомобилей, зданий, ураганов и т.д.) или создания новых объектов называется 3D моделирование. В свою очередь 3D моделирование, является процессом создания трёхмерной модели объекта. А задачей 3D моделирования стоит разработка визуально-объёмного образа какого-либо объекта. Для того, чтобы получить трёхмерное изображение на плоскости, необходимо пройти следующие шаги:

1. моделирование (создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней);

2. текстурирование (наложение на поверхности моделей растровых/процедурных текстур). Другими словами, придание объектам 3D моделирования свойств материалов (прозрачность, неровность и т.п.);

3. освещение (добавление и настройка источников света);

4. рендеринг (построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью);

5. компоновка (доработка визуализированного изображения до демонстрационного вида).

Рендеринг является процессом расчёта освещения 3D-сцены с учётом физически корректных алгоритмов отражения, преломления и наложения света. Другими словами, рендеринг является процессом получения изображения по модели, при помощи компьютерной программы. Компьютерная программа, которая производит рендеринг называется рендером или рендерером. Также стоит отметить, что процесс рендеринга является довольно трудоёмкой задачей, для которой соответственно требуются значительные вычислительные ресурсы.

В свою очередь группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами, представляющая собой (с точки зрения пользователя) единый аппаратный ресурс, предназначенный для рендеринга при помощи автономной пакетной обработки, называется рендер-фермой [2].

На данный момент времени различают две технологии построения рендер-ферм:

– технология построения офлайн рендер-фермы;

– технология построения онлайн рендер-фермы.

При использовании технологий построения офлайн и онлайн рендер-ферм, необходим массив мощных аппаратных серверов, предназначенных для рендера. Данные сервера должны быть оснащены мощными центральными процессорами, видеоадаптерами иметь высокоскоростной оптический канал связи, а также иметь достаточно большое хранилище данных. Данный аспект является главным недостатком при построении рендер-ферм, т.к. получение вышеописанного массива аппаратных серверов представляет собой дорогостоящую операцию, исчисляемую миллионами денежных средств.

Однако преимуществами рендер-ферм являются:

– низкая арендная стоимость;

– быстрое получение результатов рендера позволяет клиентам реализовывать несколько крупных проектов.

Технология построения офлайн рендер-ферм позволяет предоставить пользователям непосредственный «физический» доступ к рендер-ферме. Другими словами, запуск процесса рендеринга производится вручную через взаимодействие с менеджером. Основным преимуществом данной технологии является возможность своевременного исключения ошибок, допущенных пользователем (Например, отсутствующий материал, некорректно размещённые камеры и т.п.). Однако данной технологии присущи следующие недостатки: оплата рабочего времени менеджера(-ов); ограниченное время доступа к рендер-ферме.

В свою очередь технология построения онлайн рендер-ферм позволяет предоставить пользователям доступ посредством веб-интерфейса. Данная технология позволяет обеспечить пользователям доступ в режиме 24/7, что является основным преимуществом при использовании рендер-фермы. Другими словами, пользователь любой страны, имеющий подключение к сети Интернет может воспользоваться услугами рендер-фермы.

Сегмент рынка рендер-фермы составляют компании, имеющие отношение к компьютерной графике, дизайну, презентациям и рекламе.

Строительные и проектные компании применяют рендеринг для визуализации объёмных архитектурных изображений зданий, объектов, интерьера, экстерьера и т.д.

К примеру, здание существует лишь в виде чертежа, а на его месте находится котлован, где только начинаются строительные работы, клиент уже может представить себе будущую обстановку при помощи фотореалистичных эскизов. Дизайнер легко может вписать строящееся здание в окружающий ландшафт, обрисовать людей, машины, которые двигаются по улице рядом с ним, а также задать определённые погодные условия. Кроме того, процесс рендеринга незаменим при создании виртуальной экскурсии по будущему или существующему зданию.

Медиа- и кинокомпании применяют процесс рендеринга при использовании компьютерной графики и спецэффектов в ходе создания различных видеоматериалов – от рекламных роликов до полнометражных художественных фильмов.

Компьютерная графика позволяет создать фантастические объекты и избежать больших материальных затрат. Визуальные эффекты создаются в пакетах 3D-графики, конечная визуализация в которых происходит в процессе рендеринга.

Быстрая и качественная визуализация важна для компаний, занимающихся созданием видеороликов. Красочная презентация или запоминающийся рекламный ролик, живое трехмерное изображение для наружной рекламы или буклетов – любой из этих продуктов можно сделать при помощи рендера.

Игровая индустрия применяет рендеринг при работе с 3D-анимацией, в разработке компьютерных игр.

Индустрия компьютерных игр сегодня демонстрирует высокие темпы роста. Производство и распространение игр становится серьезным бизнесом, привлекательным для инвесторов и предпринимателей.

Широкое распространение компьютеров, рост популярности игровых консолей, высокий уровень проникновения сотовой связи, развитие широкополосного доступа в Интернет – все это привело к изменению модели потребительского поведения: классические формы проведения досуга все больше уступают место интерактивному видео, общению в сети Интернет, цифровым играм.

Производственные предприятия применяют рендеринг для объектного и технологичного моделирования.

Визуализация объектов активно применяется в производственно-технологической сфере. Зачастую его визуальное отображение необходимо не только самим конструкторам как помощь в разработке, но и для «внешних» нужд предприятия: клиенты и партнеры должны легко уяснить суть и разобраться в этапах процесса, даже не имея специальных знаний в области деятельности предприятия.

Создание трехмерных моделей является наиболее эффектным и, в конечном итоге, экономичным способом наглядного иллюстрирования машин, механизмов и всего процесса в целом. Оно позволяет избежать чрезмерных финансовых затрат, сэкономить массу человеко-часов и тем самым способствовать повышению экономической эффективности технологического процесса при его реализации.

Полиграфические и рекламные компании применяют рендеринг при создании полиграфической продукции, моделированных фото в глянцевых журналах, электронных презентаций и каталогов, рекламных щитов и пр.

В рекламной отрасли визуализация объектов активно используется при съёмках рекламных роликов для телевидения и билбордов, особенно, когда рекламируется товар, ещё только готовящийся к выходу на рынок. Нередко случается, что производители рекламы не получают в своё распоряжение образец, пригодный для натурных съёмок, или сам объект по замыслу рекламного агентства или съёмочной группы должен быть представлен в анимированном виде и/или претерпевать какие-то неестественные для него деформации. В этих случаях применяется компьютерная визуализация.

Рендер-ферма становится отличным решением для пользователей небольших компьютеров и маломощных ноутбуков. Реализация научно-исследовательской работы происходит в пределах облачной среды. Как упоминалось выше, одним из главных преимуществ является доступ через Интернет, в этом случае пользователь может приступить к работе абсолютно везде, где существует подключение.

По результатам проведённого сравнительного анализа технологий построения рендер-ферм была составлена следующая таблица (таблица №1).

Таблица 1 – Результаты сравнительного анализа

	Технология построения офлайн рендер-ферм	Технология построения онлайн рендер-ферм
Стоимость аренды	Услуги менеджера + Стоимость аренды	Стоимость аренды
Время доступа	Связано с рабочим временем организации	Не ограничено
Клиентская база	Организации и люди, находящиеся в населённом пункте	Не ограничена
Человеческий фактор	Принимают участие: менеджер и пользователь	Принимает участие только пользователь
Проблемы с файлом сцены	Устраняются совместно с менеджером до запуска процесса рендеринга	Устраняются пользователям самостоятельно

Согласно выше представленной информации можно сделать заключение, что использование технологии построения офлайн рендер-ферм позволяет получить рендер-ферму с наименьшими трудозатратами. Так как, отпадает необходимость в разработке дополнительного программного обеспечения. Однако данная технология имеет ряд ограничений таких как, клиентская база, человеческий фактор и т.д. В свою очередь технология построения онлайн рендер-ферм позволяет получить рендер-ферму, доступную для любого пользователя в сети Интернет. Также при работе с рендер-фермой построенной на технологии реализации онлайн снижает человеческий фактор, в виду того, что взаимодействие ведётся исключительно пользователем. Полученные результаты сравнительного анализа позволят корректно выбрать технологию реализации рендер-фермы.

Литература

1. Autodesk Backburner 2011 Installation Guide http://download.autodesk.com/us/systemdocs/pdf/backburner2011_install_guide.pdf

2. H. Tong, S. Zhang, A fuzzy multi-attribute decision making algorithm for web services selection based on QoS, in: Proc. IEEE Asia-Pacific Conf. on Services Computing, IEEE Computer Society,2006, pp. 51–57.

3. Ruby Annette Aisha Banu. W, A Service Broker Model for Cloud based Render Farm Selection. International Journal of Computer Applications. Volume 96 - Number 24. IJCA Journal – 2014.

4. A. Li, et al., "CloudCmp: comparing public cloud providers," In Proc. of the 10th annual conference on Internet measurement, pp. 1-14, 2010.

5. S. WANG, et al. , "Cloud model for service selection," In Proc. of the 2011 IEEE Conference on Computer Communications Workshops (INFOCOM WKSHPS), pp. 666-671, 2011.