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集群渲染方案：渲染农场(Renderfarm)的架构和实现(一）关于Renderfarm（渲染农场）的话题目前开始谈得多起来了，也算得近两年CG行业的热门话题之一，但遍查Renderfarm技术方面的文章，或者太理论，对于行业应用来说缺少可操作性，或者太浅显，在遇到实际问题的时候很难对具体问题进行分析和应对，本文将着眼解释Renderfarm的工作原理，并且以Renderfarm系统为例进行分析和阐述。
关于RenderfarmRenderfarm（渲染农场）其实是一种通俗的叫法，实际上我们应该叫他“分布式并行集群计算系统”，这是一种利用现成的CPU、以太网和操作系统构建的超级计算机，它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。
集群（cluster）指的是一组计算机通过通信协议连接在一起的计算机群，它们能够将工作负载从一个超载的计算机迁移到集群中的其他计算机上，这一特性称为负载均衡（load balancing），它的目标是使用主流的硬件设备组成网格计算能力，达到、甚至超过天价的超级计算机的计算性能。
典型的超级计算机生产厂商包括IBM、SGI，以及其他一些大学、科研组织，以IBM Blue Pacific超级计算机为例，它拥有5800 个处理器来计算核反应的物理模拟过程，这样的计算机价格对于绝大部分商业用户是很难承受的，而且要面临很多的技术和维护问题，并且换代成本也很高，升级能力差。
因此，发展了利用通信技术连接其他计算机，组成一个网格计算系统，可以分配负载的工作给其他计算机的CPU进行处理的解决方法来模拟超级计算机的能力。
目前很多超级计算机也是通过集群技术得到的，特别是近年，名列世界Top500的超级计算机多数指集群系统，集群计算已经是比较成熟技术，但它仍在继续发展着。
昂贵的SGI Altix超级计算机目前的集群技术绝大多数都具有负载平衡的特性，他们主要应用与科学计算，包括航天航空、石油、科研、网络等行业，这种技术应用于电影电视、CG行业时，因为主要用来解决长时间的图像渲染问题，所以被称为“Renderfarm（渲染农场）”，最近的几部大片的制作都依赖Renderfarm系统来进行快速渲染，比如Weta制作的《魔戒》，如果没有Renderfarm（渲染农场）平台，而是使用高性能计算机的话，我们不知需要多少年以后才能看到这部电影，或者导演根本就不可能考虑制作这样视觉效果的电影。
渲染农场运营分析一、渲染农场的定义随着以动漫制作为核心的数字创意产业在国内的不断兴起，近年来，“渲染农场”也随之在业内逐渐流行开来。
所谓“渲染农场”（Renderfarm），其实就是“分布式并行集群计算系统”，即由网络中分布的多台服务器共同完成一个或者多个渲染任务的服务器群集，也被称为渲染集群。
渲染农场可将海量的渲染任务，分割成若干任务，提交给网络上的其他的服务器渲染，由网络中的几十台、上百台服务器计算完成以后，存储到一个指定的存储目录里，再供制作人员随时调用。
如果用普通PC渲染一个比较复杂的特效镜头，分辨率为2K的每帧图片渲染时间在2个小时左右，要完成一分钟的放映量即需要120天的渲染时间；而由高性能计算机搭建起来的‘渲染农场’可以将这些海量的渲染任务，分割成若干单元，假设分发到60台服务器进行集群渲染，只需两天左右即可以顺利完成此项工作。
伴随视频技术的高速发展，继2D图像、3D动画之后，数字电视、高清电视、高清电影等也开始逐渐引入并日趋普及，对高清节目的制作也提出了更高的要求。
通常情况下，高清电视节目制作时所需的渲染时间约为标清节目的4到5倍，制作者面临的图像渲染数据量更为庞大与繁重。
二、我国动漫行业渲染需求分析截至2009年我国CG、动漫企业已超过一万多家，同时，随着技术和载体的发展，越来越多的三维、3D技术应用于电影特效、动画片、效果图及建筑动画等方面，而这些需求无一不需要经过渲染这一个环节才能最终呈现， 2010年我国动漫市场的规模达到512亿元，且每年仍在以近40%的速度增长，渲染的需求也越来越大。
在我国现有的CG、动漫企业中，近70%以上的企业没有自己的渲染平台，需要借助渲染农场来进行素材的渲染，而一些较大规模及业务量比较大的企业，虽然拥有自己的渲染集群，但很多时候渲染资源仍然不足，需要借助渲染农场来完成，可以说渲染农场已经成为国内CG、动漫行业渲染任务的主力军。
三、渲染农场的投资回报分析目前借助渲染农场来进行素材的渲染已经成为主流，一方面是因为渲染农场庞大的并行渲染能力，保障了渲染素材的按时完成并交付，另一方面，大规模的渲染能力为CG、动漫行业节省了更多的时间来做更多的事情及承接更多的项目，有利于公司业务的规模扩大化，以目前国内主流规模的做建筑动画的企业（30-50人的规模）为例，每个月花费在渲染上的费用在4-6万之间，一年就是50-70万左右，可见渲染农场的业务量是比较大的，而且，通过调查，现在很多渲染农场的业务量比较饱和，很多时候客户需要排队渲染。
优先出版 计 算 机 应 用 研 究 第32卷--------------------------------基金项目：国家“863”高技术研究发展计划基金项目(2012AA01A306，2011AA01A204)；国家自然科学基金项目(91330117)；河南省教育厅科学技术研究重点项目计划基金(2014B520099)；河南省科技攻关重点基金项目(142102210471)作者简介：李谦(1986-)，男，河北邯郸人，博士研究生，主要研究方向为高性能计算、集群渲染(qian.l@)；伍卫国(1963-)，男，博士，教授，主要研究方向为高性能计算机体系结构、海量存储、计算机网络和嵌入式系统；黄舰航(1990-)，男，硕士研究生，主要研究方向为集群渲染；孙泽宇(1977-)，男，博士研究生，讲师，主要研究方向为WSN 覆盖，并行计算，智能群集．渲染农场研究进展综述 *李 谦1，伍卫国1，黄舰航1，孙泽宇1, 2(1．西安交通大学 电子与信息工程学院，西安 710049；2．洛阳理工学院 计算机系，河南 洛阳 471023) 摘 要：作为高性能计算领域的新兴应用，渲染有着计算密集和数据密集的应用特征，如何提高渲染农场的效率进行大规模快速渲染，近年来逐渐成为研究的热点问题。
为此，首先对渲染农场的国内外应用现状做了介绍，然后阐述了渲染农场的组织结构和工作流程。
接着针对渲染农场在优化作业调度算法、改善负载均衡策略以及完善渲染管理平台等三个方面的研究，进行了全面的分析和比较。
最后，探讨和总结了在云计算背景下渲染农场在渲染作业调度策略、异构集群渲染任务分发算法、基于云模式的渲染农场新架构和负载均衡策略这四个方面中有待进一步研究的问题。
关键词：渲染；渲染农场；作业调度；负载均衡；集群 中图分类号：TP393 文献标志码：ASurvey of research progress on render farmLI Qian 1, WU Wei-guo 1, HUANG Jian-hang 1, SUN Ze-yu 1, 2(1. School of Electronics & Information Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China; 2. Computer & Information Engineering, Luoyang Institute of Science & Technology, Henan Luoyang 471023, China)Abstract: As a newly-developing application in the field of high performance computing, render has the computing intensive and data intensive application characteristics. It has become the hot issue gradually how the efficiency of rendering farm for large-scale and fast rendering is improved in recent years. Firstly, this paper introduced the application status for render farm and then expounded the architecture and workflow of render farm. Secondly, it analyzed and compared comprehensively the research on optimization of job scheduling algorithm, improvement of load balancing strategy and perfection of render management platform. Finally, under the background of cloud computing it discussed and summarized the research problems to be resolved on rendering job scheduling method, rendering task distribution algorithm in heterogeneous cluster, the new render farm architecture based on cloud schema and load balancing strategy. Key Words: rendering; render farm; job scheduling; load balancing; cluster随着计算机硬件和图形学发展，动漫影视行业得到迅速发展，而计算机3D 技术在动漫影视制作过程中的作用越来越明显。
打造中国梦工场――渲染农场解决方案<i>打造中国梦工场――渲染农场解决方案</i>打造中国梦工场――渲染农场解决方案近年来，随着动漫制作行业在国内的不断兴起，“渲染农场”这个专用名词开始在业内流行。
所谓的渲染农场是络中分布的多台服务器共同完成一个或者多个渲染任务的服务器群集，或者说是渲染集群。
它将海量的渲染任务，分割成若干任务，提交给网络上的其他的服务器渲染，由网络中的几十、上百台服务器计算完成以后，存储到一个指定的存储目录里，再由制作人员调用。
那么是什么样的需求导致了渲染农场的诞生？我们又怎样搭建一个渲染农场？本文将围绕这两个问题，介绍基于曙光5000的渲染解决方案。
一、为什么需要渲染农场？无论是3D动画软件还是2D图像合成，免不了会耗费掉很长的渲染时间，尤其当制作的图像是电影规格或是HDTV时，渲染更繁重。
仅仅使用单台或者多台工作站进行渲染计算，速度非常慢，并且在渲染计算过程中制作人员已经无法使用工作站再进行其他工作。
单机渲染的制作方式严重影响了动画产品的制作效率。
与此同时，随着视频技术的高速发展，数字电视、高清电视的普及，对高清节目的制作也提出了更高的要求。
一般而言，高清电视节目制作时所需的渲染时间大约是标清节目的4倍到5倍，这样的渲染速度几乎是不能接受的。
所以国内现在很多团队都在问一个同样的问题，我们如何解决渲染问题，是否需要渲染农场？看看目前国内大多数制作团队的工作方式：“白天制作，晚上渲染”或者是“渲染占去了白天、晚上的时间”。
如果是前者，白天制作完的场景在晚上就能渲染完成，那么你可能不需要渲染农场。
但是如果是后者，就该考虑一下是否需要额外的机器来完成渲染工作了。
再来看看平时项目的渲染效率。
如果平均渲染时间每帧画面超过5分钟，而制作时间和渲染时间的比例达到甚至超过3:1，那么可以考虑渲染农场的问题了。
最后再来看看项目制作过程中的需求。
通常来说，大部分的制作人员还不太习惯使用网络渲染。
在CG行业，通常称Cluster(集群)为“Render Farm（渲染农场）”。
Render Farm （集群渲染）是实现高效渲染的解决方案，可以渲染多种操作系统下如AE、Digital Fusion、Combustion、Shake等合成软件场景，主要应用于电影电视、CG行业的三维场景渲染、三维模型渲染、特效制作等需要长时间渲染的图形图像。
集群（Cluster）指的是一组计算机通过通信协议连接在一起的计算机群，它们能够将工作负载从一个超载的计算机迁移到集群中的其他计算机上，这一特性称为负载均衡（load balancing），它的目标是使用主流的硬件设备组成网格计算能力，达到、甚至超过天价的超级计算机的计算性能。
典型的超级计算机生产厂商包括IBM、SGI，以及其他一些大学、科研组织。
目前的集群技术应用于电影电视、CG行业时，主要用来解决长时间的图像渲染问题，所以被称为“Render Farm（渲染农场）”。
渲染农场（Render Farm）是“分布式并行集群计算系统”的通俗叫法，是一种利用现成的CPU、以太网和操作系统构建的超级计算机，利用连接在网络中的多台渲染节点通过管理服务器和管理软件分发任务来达到批量运算的目的。
它使用主流的专业计算机硬件设备达到或接近超级计算机的计算能力，利用多台计算机的集群计算能力来减少渲染时间，类似“人多好干活”的道理。
其中，易管理、可监控、计算容错、安全数据处理、多任务是实现集群效率的关键。
集群渲染技术具有以下优点：● 多颗多核处理器的密集式服务器渲染节点将计算能力发挥至极至；● 满足高速带宽的任务分发管理中心；● 支持多应用，需要复杂运算的场景统一部署；● 兼容多操作系统、多软件；● 实时监控渲染动态，随时调整任务；● 数据共享；● 易操作、易管理；● 稳定性，安全的数据与足够的网络带宽环境；● 单机具备升级空间，系统具备扩容性。
渲染农场的基本原理：1、负载均衡分布式并行计算分为空间上的并行和时间上的并行。
IT是技术密集变动的行业，如今的它迎来了云计算的时代。
云计算意味着IT行业里一个新时代的到来，假如你有清醒的头脑，应该意识到它不是一张空头支票，它将带来生产力的进化，同时也将改变人类社会的未来。
云渲染作为云计算中具有代表性的一项新技术，一经问世就收到了广泛的关注。
虽然其中的大部分理论尚未被实践，但是仍然有不少公司开始闻风而动，特别是作为提供渲染服务的各渲染农场。
目前也有不少农场积极转型，开始提供便捷的云渲染服务。
这些农场大都具备以下特点：
1、24小时服务。
这是由云渲染的便利性赋予的，云渲染公司能接到来自世界各地的订单，因此24小时服务是非常常见的。
2、通过互联网随时随地提交渲染任务。
3、实时查看渲染结果。
4、通过网络下载渲染结果。
5、在线支付渲染费用。
它的特点几乎囊括了一场销售贸易的整个过程，可见云渲染技术的强大，完全能足不出户完成业务。
最后给大家安利一个云渲染农场。
深圳市瑞云科技有限公司是一家专注于为视觉行业提供垂直云计算SaaS服务的公司。
用户包括全球知名的电脑动画工作室、影视视效工作室、建筑设计可视化工作室、游戏以及商业广告公司等。
瑞云旗下的Renderbus云渲染平台是亚洲知名的云渲染农场，被誉为中国“自助式云渲染”的先行者。
VR技术在农业领域的应用前景研究随着科技的迅猛发展，虚拟现实（VR）技术日益成为各行业的热点话题。
在农业领域，VR技术也受到了越来越多的关注。
本文将就VR技术在农业领域的应用前景进行研究，从可视化农业管理、智能农机操作、农业培训教育等方面展开讨论。
一、可视化农业管理VR技术可以为农业管理者提供一个沉浸式的农场环境，实时显示农作物的生长状况、土壤湿度、气象数据等信息。
通过VR技术，农业管理者可以更直观地监测和掌控农作物的生长过程，及时调整施肥、灌溉和病虫害防治等措施，提高生产效益和资源利用效率。
二、智能农机操作VR技术在智能农机操作方面也有广阔的应用前景。
通过VR头盔和手柄设备，农机操纵员可以仿真操作各类农业机械，学习和熟悉操作方法，提高操作技能。
此外，通过VR技术，农机操纵员可以在虚拟农场中进行实时模拟训练，提高应急响应能力和安全驾驶水平，降低事故率。
三、农业培训教育VR技术为农业培训教育带来了全新的方式。
传统的农业培训教育多依靠实地指导和课堂讲解，受制于实地资源和师资力量的限制。
而通过VR技术，学生可以身临其境地感受到农作物的生长过程，参与虚拟实验和模拟操作。
这不仅可以提高学习兴趣和效果，还可以拓宽培训范围，使更多人受益于农业知识的普及。
四、农田规划与设计VR技术可以为农田规划和设计提供便利。
通过VR技术，规划师可以在虚拟环境中设计农田的布局和大小，选择最佳的耕地和排水方案，避免低洼地区造成的水灾。
同时，农户可以通过VR技术进行农场规划，模拟种植不同作物所需的土地面积和种植密度，优化农业生产结构。
五、农产品营销推广VR技术在农产品营销推广方面也有潜力。
通过VR设备，消费者可以在虚拟市场中体验购物过程，了解农产品的产地、种植过程和质量检测等信息。
农产品生产者可以借助VR技术实现农产品的线上销售和宣传，提高产品知名度和市场竞争力。
六、农业生态保护VR技术可用于农业生态保护工作。
通过VR技术，环保人员可以实时监测和评估农田的生态环境，及时发现并处理污染源。
渲染农场方案农业是国民经济的重要组成部分，也是人们日常生活中必不可少的领域之一。
然而，为了提高农业生产效率、保护环境以及提供更加健康的食品，我们需要不断推进农业现代化。
在这个背景下，渲染农场方案应运而生。
本文将介绍渲染农场方案的概念及其在农业发展中的重要性，以及如何实施渲染农场方案。
一、渲染农场方案的概念与重要性渲染农场方案，简单来说，就是在农场中应用渲染技术，通过模拟和改变光线、水、土壤和空气等环境条件，为植物创造一个更加理想的生长环境。
渲染农场可用于蔬菜、水果、花卉等农作物的种植，有效提高产量和质量，同时降低病虫害的发生率，减少化学农药的使用。
渲染农场方案的重要性体现在以下几个方面：1. 提高农产品产量和品质：适宜的光线、水分和营养条件对植物的生长发育具有重要影响。
通过渲染农场方案，可以使农作物在其他外界条件相同的情况下，获得更加理想的光照和温度条件，从而促进光合作用和营养物质的合成，提高产量和品质。
2. 节约资源和保护环境：渲染农场方案可以实现农作物生长环境的精细控制，调节水分、肥料和光照等，减少资源的浪费和环境的污染。
同时，通过渲染农场方案种植蔬菜等农作物，可以减少土地占用和农药使用，对生态环境保护具有积极意义。
3. 实现农业的可持续发展：渲染农场方案能够为农民提供稳定的收益来源，同时为农业提供长期可持续发展的路径。
优化农作物的生长条件，提高农产品的产量和品质，有助于提高农民的收入。
此外，渲染农场方案还可应用于农作物病虫害预防和土壤改良，为农业的可持续发展提供技术支持。
二、渲染农场方案的实施方法实施渲染农场方案，涉及到多个方面的技术和措施，下面将介绍主要的实施方法：1. 温室设计与建设：渲染农场方案通常需要利用温室进行种植，因为温室能提供稳定的环境条件。
在温室的设计和建设中，需要考虑温室材料的选择、温度和湿度的控制系统、光照设备的配置等。
2. 灌溉与水分管理：渲染农场方案中的灌溉系统需要保证供水充足并合理利用水资源。
农业科技利用虚拟现实技术改善农场管理虚拟现实技术的快速发展，正逐渐渗透到各个行业领域。
在农业领域，虚拟现实技术的应用也呈现出巨大的潜力。
利用虚拟现实技术改善农场管理，可以提升农业生产效率、减少资源浪费，进一步推动农业科技的发展。
一、精确农业利用虚拟现实技术，可以建立一个虚拟的农场模型。
通过引入各种传感器和监控设备，我们可以实时地了解土壤的墒情、气象变化、农作物生长情况等详细信息。
农民可以通过虚拟现实设备进入虚拟农场，在虚拟环境中模拟作物的种植、浇水、施肥等操作，根据农作物的生长情况和需求，调整农业生产策略。
这样的精确农业管理方式，可以最大限度地减少资源浪费，提高农业生产的效益。
二、农作物培训利用虚拟现实技术，可以重现农作物的生长过程和环境变化。
通过建立虚拟农场模型，农民可以随时随地进入虚拟环境，观察和了解各类农作物的生态环境需求，并通过互动操作来进行实践。
这样的培训方式不仅可以减少对农田资源和实际种植的依赖，还可以提供更灵活、便捷的培训方式，帮助农民掌握种植技巧和管理方法，提高农作物产量和质量。
三、农业示范与推广利用虚拟现实技术，可以建立农业示范与推广的虚拟场景。
通过虚拟农场模型，农民和农业技术人员可以在虚拟环境中进行农作物种植、病虫害防治、施肥管理等操作，观察和模拟不同农业技术和管理策略的效果。
基于虚拟现实技术的农业示范和推广，不仅使农民可以更直观地了解农业技术的应用效果，而且可以有效地降低推广成本和风险。
四、农产品行销虚拟现实技术可以打造一个虚拟的线上农产品展示和销售平台。
通过虚拟现实设备，用户可以身临其境地参观农场、了解农产品的生产过程和品质，甚至可以亲自体验采摘、加工等环节。
利用虚拟现实技术，农产品的销售可以不再局限于地理位置和现实环境，农场可以借助虚拟现实技术与用户建立更密切的联系，提供更个性化、便捷的购物和服务体验。
总结起来，农业科技利用虚拟现实技术改善农场管理的潜力巨大。
通过精确农业、农作物培训、农业示范与推广以及农产品行销等方面的应用，可以提高农业生产效率、优化资源配置，进一步推动农业科技的创新与发展。
虚拟现实技术在农业与农产品研发中的应用案例近年来，虚拟现实（VR）技术在各行各业得到了广泛的应用，包括在农业与农产品研发领域。
通过虚拟现实技术，农业科学家和研究人员能够更好地模拟和研究农业环境，提高农产品研发效率，提供更好的农产品质量和可持续发展。
虚拟现实技术可应用于农业生产中的多个方面。
以下是一些虚拟现实技术在农业与农产品研发中的应用案例。
首先，虚拟现实技术可以用于农田设计和规划。
农业科学家可以使用虚拟现实技术来模拟不同的农田布局和配置，以确定最佳的作物种植方案和农田布局。
这有助于提高土地利用效率，并优化农田产量。
通过虚拟现实技术，可以对农场进行三维可视化，让决策者更好地了解农田的潜力和可能的改进措施。
其次，虚拟现实技术也可以用于农业培训和教育。
虚拟农场可以模拟不同的农业环境情境，例如气候、土壤和作物生长条件，以及害虫与病害的影响。
农民和农业工作者可以通过虚拟现实技术进行培训和教育，了解不同的种植技术和最佳实践。
这有助于提高他们的农业知识和技能，并改善农业生产的效率和产量。
另外，虚拟现实技术还可以应用于农产品检测和质量控制。
通过使用虚拟现实技术，农产品可以被精确地扫描和分析，并根据其大小、形状和质量进行分类。
这有助于提高农产品的质量控制，并确保农产品符合标准。
虚拟现实技术还可以模拟和分析农产品在不同处理方法下的变化，例如冷冻、包装和运输等，以改进农产品的采摘和处理过程。
此外，在种植过程中，虚拟现实技术可以用于农产品生长监测和管理。
通过虚拟现实技术，农民可以模拟和观察作物在不同生长阶段的进展和变化。
这有助于农民及时了解作物生长的情况，并采取相应的决策，以保证作物的健康生长和最大产量。
虚拟现实技术还可以结合传感技术，实时监测作物的生长状态，预测病害和害虫的发生，从而更好地管理农产品的生长过程。
最后，虚拟现实技术还可以用于农业展示和农产品市场推广。
通过虚拟现实技术，消费者可以参观虚拟农场，了解农产品的生产过程和质量标准，增强对农产品的信心和认同感。
