[发明专利]基于GPU集群的渲染农场

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于GPU集群的渲染农场(英文：Render Farm)，广泛适用于三维动漫、影视制作、建筑设计等与图形设计有关的数字创意和制作领域，解决数字创意过程中批量渲染的问题，快速获得图形设计模型或者镜头场景的真实效果图像文件。

背景技术

渲染是数字媒体制作和设计等领域一个不可缺少的制作环节，由于当今3D模型生成、动态媒体合成，视觉特效制作等趋于复杂和高分辨率，对渲染机器的处理能力有着非常高的要求，渲染成为主要瓶颈。图像越精细和复杂，制作最终图像或动画序列所要求的计算量就越大。一幅图像可能得花上好几个小时进行渲染。如果要渲染一部动画长片，可能得花上几个月才能完成，降低了动画产品的制作效率，甚至影响了作品及时的交付。单靠单机的性能来提升工作效率已经没有办法满足实际需求，渲染农场在这种背景下应运而生。

渲染农场是利用CPU、网络负载和操作系统构建高性能超级计算机，使用主流的商业计算机硬件设备达到或接近超级计算机的计算能力。渲染服务器通过一系列分布式工作命令借助强大的渲染能力来帮助设计师高效率地完成三维作品的最后成形。网络渲染器可以根据动画设计者的需要任意组合使用，借助于分布式渲染器，动画设计者不仅可以在设计完成三维模型以后，提交给渲染服务器，通过渲染服务器强大的数据处理能力，迅速的按需求进行动画或静帧进行渲染。通过分布式计算，解决了数字创意过程中批量渲染的问题，满足了数字媒体制作中对时间、制作精度等各面的更高要求。

随着现代图形硬件加速技术的进步，GPU的高速发展极大地提高了计算机图形处理的速度和质量，并促进了与计算机图形相关应用领域的快速发展，与此同时，GPU绘制流水线的高速度和并行性以及近年来发展起来的可编程性，为GPU的通用计算提供了良好的平台。GPU采用CUDA技术进行计算可通过数百个芯片内处理器核心的同步通信和合作，以超过传统方法100倍的速度解决复杂的计算问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决数字创意制作过程中批量渲染问题，提高渲染农场的渲染性能，降低投入成本，节省能源消耗。

本发明提供一种基于GPU集群的渲染农场，利用GPU构建分布式并行集群渲染系统，使计算能力达到、甚至超过超级计算机的计算性能；通过使用该发明，高效完成三维动漫、影视特效、建筑设计等的制作，提高渲染速度40倍以上，降低渲染农场搭建的投入成本20％～70％，节省制作过程能源消耗60％-80％。

1.如图1、2所示，本发明由6部分组成：制作系统(1)，千兆交换机(2)，渲染控制与任务分发节点(3)，千兆以太网(4)，CPU+GPU异构双子渲染节点组(5)和海量存储设备(6)；其中，制作系统(1)由一组安装有3DMax、Maya等三维动画制作软件的计算机组成，其中每台计算机都与千兆交换机(2)连接；CPU+GPU异构双子渲染节点组(5)由一组CPU+GPU异构双子渲染节点组成，其中每个CPU+GPU异构双子渲染节点(7)由CPU主机节点(8)，PCIe主机接口卡(9)，PCIe连接电缆(10)和GPU并行渲染节点(11)组成。

2.工作方式：

制作系统(1)中计算机上运行3DMax、Maya等软件，完成三维建模和动画设计，得到待渲染的动画文件；

待渲染的动画文件经千兆交换机(2)，传递给渲染控制与任务分发节点(3)；渲染控制与任务分发节点(3)将待渲染的动画文件分解成为若干静帧渲染任务，形成渲染任务队列，根据CPU+GPU异构双子渲染节点组(5)中每个CPU+GPU异构双子渲染节点(7)的负载情况，通过千兆以太网(4)将渲染任务队列中的静帧渲染任务依次分配给每个空闲的CPU+GPU异构双子渲染节点(7)；

每个CPU+GPU异构双子渲染节点(7)工作时，其CPU主机节点(8)将静帧渲染任务分解为若干渲染子任务，并将其写入到PCIe主机接口卡(9)上，经由PCIe连接电缆(10)发送至GPU并行渲染节点(11)；由GPU并行渲染节点(11)对渲染子任务并行执行，完成渲染工作，得到渲染后的静帧；渲染后的静帧经由PCIe连接电缆(10)和PCIe主机接口卡(9)回传至CPU主机节点(8)，至此完成CPU+GPU异构双子渲染节点(7)的渲染工作；

每个CPU+GPU异构双子渲染节点(7)将渲染后的静帧经由千兆以太网(4)发送至海量存储设备(6)，由海量存储设备(6)统一存储。

有益效果：