渲染农场研究进展综述

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。

基于曙光5000的渲染农场解决方案下面对比的是一个96MB大小的3DMax场景渲染的数据结果，该场景包含100多万个面和3000多个灯光。

每一帧渲染数据大小为10M左右。

以上数据仅从单节点单帧渲染时间来推算，并没有考虑到渲染节点与共享存储间的数据交换时间，而一旦数据交换的时间过长将会严重地影响整个渲染农场的计算效率，因此，在整个渲染农场中，单节点的计算能力只是整体性能提升的一个组成部分。

而曙光5000不但提供了高性能的计算节点，同时节点间的高效互联更是保证了渲染农场的整体性能。

与此同时，曙光5000的具备更高的综合性价比，无论从性能、易管理性还是高性价比方面都是动漫渲染领域用户的不错选择。

曙光5000高性能计算机与渲染农场曙光5000高性能计算机的第一套系统于08年12月落户“上海超级计算中心”，系统峰值运算速度达到每秒230万亿次浮点运行（230TFLOPS），是目前国内速度最快的商用高性能计算机系统，这标志着中国成为继美国之后第二个能制造和应用超百万亿次商用高性能计算机的国家，也表明我国生产、应用、维护高性能计算机的能力达到世界先进水平。

曙光5000是节点以刀片为主（刀片的CPU总数超过60个），集成GridView软件和曙光机柜的高性能计算机系统；曙光5000的技术特点是：(一)高性能：曙光5000高性能计算机采用最新的四核Intel/AMD处理器，采用基于刀片架构的HPP体系架构。

(二)高密度：曙光5000全球首次采用了4路4核的刀片服务器设计，在7U高度的机箱内可部署了40颗CPU，实现160个计算核心的计算密度。

曙光5000的单机柜内可以部署5个7U高度机箱，这意味了曙光5000单机柜即可实现200颗CPU，800个计算核心的超高计算密度，理论计算峰值7.5万亿次。

(三)高可靠性：曙光5000采用了全冗余刀片服务器设计，使系统中无单一故障点，较机架式Cluster减少了70%以上的系统电缆连接。

渲染农场研究进展综述
李谦;伍卫国;黄舰航;孙泽宇
【期刊名称】《计算机应用研究》
【年(卷),期】2015(032)003
【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.对渲染农场的国内外应用现状作了介绍,阐述了渲染农场的组织结构和工作流程.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.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.
【总页数】6页(P652-657)
【作者】李谦;伍卫国;黄舰航;孙泽宇
【作者单位】西安交通大学电子与信息工程学院,西安710049;西安交通大学电子与信息工程学院,西安710049;西安交通大学电子与信息工程学院,西安710049;西安交通大学电子与信息工程学院,西安710049;洛阳理工学院计算机系,河南洛阳471023
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于分布式集群运算的渲染农场的研究与构建 [J], 梁骥
2.基于Enfuzion的渲染农场的研究与构建 [J], 花嵘;傅游;杨灵芝
3.基于WCCS架构的渲染农场的实现 [J], 花嵘;杨灵芝;傅游
4.华硕服务器打造动漫“渲染农场” [J],
5.三维动画的特殊装备——渲染农场 [J], 史晓辉
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“半实物仿真3D虚拟农场种植园”的设计与实现研究半实物仿真3D虚拟农场种植园是在计算机图形技术、虚拟现实技术和农业种植技术的基础上设计与实现的。

其目的是通过虚拟环境模拟真实的农业种植过程，帮助农民和农业科研人员进行农作物生长模拟、农业技术研究等工作。

该系统采用半实物仿真技术，即物理环境和虚拟环境相结合。

物理环境主要包括种植箱、传感器、控制器等设备，用于模拟农田环境。

虚拟环境利用计算机图形技术构建一个逼真的农场景观，并模拟不同的气候条件、土壤质量、作物生长等因素。

在半实物仿真3D虚拟农场种植园中，用户可以通过计算机界面进行操作和观察。

用户可以选择不同的作物进行种植，设定种植的气候条件、土壤质量等因素。

系统会根据用户的设定，在虚拟环境中模拟出作物的生长过程，包括播种、浇水、施肥、除虫等工作。

系统还可以根据用户设定的作物生长环境，实时调整物理环境中的温度、湿度、光照等条件，以实现真实的作物生长环境。

同时，系统还可以通过传感器实时监测作物的生长状况，包括温度、湿度、光照强度等数据。

半实物仿真3D虚拟农场种植园的设计与实现，离不开先进的计算机图形技术和虚拟现实技术的支持。

通过计算机图形技术的处理，可以实现逼真的农田场景和作物模型。

虚拟现实技术则可以将用户沉浸在虚拟农场的环境中，增强用户的交互体验。

此外，传感器和控制器的应用也是实现半实物仿真3D虚拟农场种植园的重要环节。

传感器可以用来监测物理环境的变化，并将数据传输给系统进行分析和反馈。

控制器则可以根据系统反馈的数据，自动调整物理环境中的温度、湿度、光照等参数，以实现相应的作物生长条件。

半实物仿真3D虚拟农场种植园的设计与实现，能够在一定程度上模拟真实的农业种植过程，并提供科研人员和农民进行农业技术研究的平台。

通过这个系统，用户可以在虚拟环境中进行多次重复实验，快速分析和比较不同种植条件下作物的生长情况。

同时，也可以帮助农民更好地管理农田，提高农作物的产量和质量。

如何搭建小型渲染农场搭建小型渲染农场，需要考虑硬件设备购买、软件环境配置以及网络连接等方面。

以下是一个基于1200字以上的搭建小型渲染农场指南：第一步：购买硬件设备首先，您需要购买足够数量的计算机服务器来组成渲染农场。

为了确保高效运行和持续稳定性，推荐选购具备较高处理能力和大内存容量的服务器。

您还可以考虑使用图形处理器（GPU）来提高渲染速度。

此外，还需要购买硬盘、内存和电源等配件。

第二步：选择合适的渲染软件下一步是选择合适的渲染软件。

有很多渲染软件可以选择，如Blender、Arnold、V-Ray、Octane Render等。

根据项目需求和个人喜好选择适合的软件。

确保软件支持渲染农场，并能够通过网络连接进行渲染任务分发和管理。

第三步：搭建网络环境搭建好网络环境非常重要，因为它负责连接所有计算机服务器和管理渲染任务。

您可以选择使用以太网或无线局域网（WLAN）连接服务器，确保服务器之间可以直接通信。

还可以配置路由器和交换机等网络设备，实现网络访问控制和数据传输优化。

第四步：安装和配置渲染软件将所选的渲染软件安装到每个计算机服务器上，并配置好相应的设置。

确保软件可以通过网络连接进行渲染任务分发和管理。

在每个服务器上创建渲染节点，并配置系统设置、网络设置和硬件加速等参数，以充分利用服务器资源。

第五步：设置任务分发和管理建立一台用于任务分发和管理的服务器，称为主节点。

通过渲染软件的管理界面或命令行界面，将渲染任务分发给渲染节点进行处理。

设置渲染节点的优先级、任务负载均衡和失败处理等参数，以实现高效的渲染任务分发和执行。

还可以设置任务队列、优先级和计算资源等，以管理渲染任务的执行和优化。

第六步：测试和优化在搭建完成后，进行系统测试和优化。

测试渲染农场的整体性能、渲染速度和稳定性，并根据测试结果进行配置和调整。

优化计算资源分配、任务调度和网络传输，以提高渲染效率和性能。

第七步：维护和管理渲染农场的维护和管理是持续进行的过程。

三维动画的特殊装备——渲染农场
史晓辉
【期刊名称】《数码设计．CG WORLD》
【年(卷),期】2005(000)05M
【摘要】随着数字艺术制作手段的更新和数字电影、HDTV标准的普及所带来的海量数据．数字化影视制作对计算机的总线带宽计算速度等硬件要求越来越高。

从高速磁盘阵列、海量内存、专业显卡到视频压缩卡、特技卡等专用芯片来提升制作时的实时性能。

然而用于生成最终效果的CPU，无论是单处理器的商用机还是双处理器甚至四处理器的工作站在面对视频处理中的庞大计算量时．其处理能力都是十分有限的。

【总页数】2页(P82-83)
【作者】史晓辉
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41
【相关文献】
1.探析三维动画渲染优化 [J], 孙洪秀
2.三维动画分层渲染技术在海南民间元素研究中的应用 [J], 戴敏宏;
3.探析三维动画渲染优化 [J], 孙洪秀;
4.疏浚施工三维动画仿真中VRay渲染技术研究与应用 [J], 辛海霞;田会静;侯婕
5.人体特殊动作三维动画建模与渲染方法改进研究 [J], 孔素然;殷均平
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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。

渲染农场渲染农场（Renderfarm）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。

云渲染的模式与常规的云计算类似，即将3D程序放在远程的服务器中渲染，用户终端通过Web软件并借助高速互联网接入访问资源，指令从用户终端中发出，服务器根据指令执行对应的渲染任务，而渲染结果画面则被传送回用户终端中加以显示，也可以叫做云渲染农场。

渲染农场和云渲染农场的在一定的角度上说有相似的地方：都是通过服务器来完成渲染。

但是也有不同的地方：渲染农场在做渲染的同时要手动的调整材质、贴图、而云渲染农场则是你把调整好的压缩包上传，它会自动识别你的材质、贴图、和广域网，同时还可以检测出文件丢失的贴图。

然后你再调整以下渲染参数就可以直接渲染。

现在网络上见到的渲染农场就是云渲染农场，称为“自助式云渲染农场”它的大致流程如下图所示1-1。

（1-1）具体的步骤如下图所示1-2、1-3、1-4、1-21-31-4解压完成以后就可以查看任务提交任务，最后设置渲染参数就可以渲染了。

在任务提交之后我们能够做到：对任务的运行进度进行监控B）暂停渲染任务C）恢复暂停的任务D）放弃任务（删除渲染任务）E) 预览渲染出来的帧缩略图操作步骤分别介绍如：登录系统以后，点击左边菜单“任务控制”，可以看到右边的版面分为上下两个表格，上表格是“正在运行的任务”，下表格是“完成的任务”。

在“正在运行的任务”清单中，可以看到每个渲染任务的运行情况，任务编号：每次提交任务会给任务分配一个编号。

文件：该任务号对应的要渲染的场景文件状态：任务的运行状态，可能的状态有：submitting---正在预处理场景文件，准备渲染started---已经开始渲染stopped---暂停状态，当账户余额不足时，任务会自动暂停。

resub---重新提交的任务，当部分帧渲染成功剩下的部分帧失败，点击“重提”以后，系统会尝试重新渲染失败的帧，此时任务的状态就是resub。

如何搭建小型渲染农场关键字：渲染农场、渲染集群、渲染服务、集群管理软件渲染农场，是指一种专门用作渲染的计算机集群技术，它采用分布式计算的方式，将渲染任务均衡的分配到集群的各个计算节点，最终将渲染结果回收。

和用作高性能计算的超级计算机比起来，渲染农场的每个节点都是独立的，一般情况下它只和文件服务器和任务调度服务器等通信，和其他计算节点不做通信。

而超级计算机则要求每个节点之间的网络带宽足够大，延迟足够小，因为计算时各个计算节点之间将会频繁的通信。

渲染农场的技术，包括渲染农场架构的选择，硬件的选型，机房的装修，以及渲染农场建立起来后的运维管理技术等等，是一个系统复杂的过程。

而这里边最核心的则属于渲染集群管理软件，它管理着整个渲染农场的核心硬件设备，整个系统的效率很大程度依赖于此。

渲染农场管理软件不仅仅管理硬件，对运维中的各种问题也需提供技术支持，例如计费系统等。

在当前，只有炫我科技拥有此类“运营版”的渲染集群管理软件。

如下就以炫我集群管理软件为例，从硬件和软件环境两个方面介绍一下如何搭建运维一个小型的渲染农场。

1．渲染农场的硬件环境适合于小型集群的渲染农场架构如下图1-1所示，它拥有一台管理服务器；一台文件服务器；若干台渲染节点；一台或者若干台任务提交（图形）工作站（可选）。

对于小规模的集群而言，网络可以采用一个端口较多的全线速千兆以太网交换机。

将管理服务器、文件服务器和渲染节点都接入同一个交换机，例如使用一个48口的千兆交换机，可以支持大约40个计算节点的小型渲染农场。

图1-1小型渲染农场架构图如果预算较为紧张，不够买服务器，可以去DIY渲染农场的硬件。

但是如果没有采取严格的质量流程，DIY硬件的稳定性是个问题。

对于重要的服务器，例如管理服务器和文件服务器，还是建议采用专门厂商的方案，他们的方案往往都是经过了严格测试，因此具有更高的适用性。

1.1选择设备的原则1.1.1渲染节点一个渲染农场可以有几个渲染节点至几百个，甚至上千个渲染节点。