CN102592315B - 基于gpu云集群的3d渲染平台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于GPU云集群的3D渲染平台,应用在藉由客户端与远程伺服端构建的互联网***中,且所述客户端预装有用以进行3D建模及动画设计的3D模型制作软件,包括:批量传输待渲染文件包到远程伺服端并与其建立映射关联的实时监控传输模块;位于远程伺服端的渲染管理模块,数据库,及云集群渲染节点组。该渲染管理模块实时接收到待渲染文件包后将其传输到数据库备份,然后将待渲染文件包分割后予以动态分配给云集群渲染节点组进行云集群渲染,最后用于接收完成的渲染文件后,进行整合为预定格式文件,再回传给所述客户端,以解决个人用户在单机情况下进行三维动漫、影视制作、家具设计等3D模型渲染速度过慢或渲染成本过高等问题。

Description

基于GPU云集群的3D渲染平台
技术领域
本发明涉及一种3D图形渲染技术,特别是涉及一种应用在藉由客户端与远程伺服端构建的互联网***中且基于GPU云集群的3D渲染平台。
背景技术
电脑动画是这么一个过程:它将一序列的静态图像组装起来,并按照顺序显示,从而产生连续运动的效果。每一帧的动画在播放过程中应该和下一帧无缝融合,这样才能达到平滑播放的效果。
渲染是将三维几何模型转换程图形图像的一个过程。对一个动画场景的渲染是一项非常耗时的过程,因为一个动画一般都是由成千上万帧构成的。随着人们对视觉效果的要求越来越高,每一帧的分辨率也越来越高,像素也越来越高,一幅图片有可能要花上好几个小时才能渲染完。一般情况下,渲染电影的时间控制在每帧1~2小时才被认为可以接受。当然,也有需要渲染几十个小时的。假设用4k分辨率惊醒渲染是,如果每帧用5个小时,则每1分钟放映量需要300天的渲染时间,完成一部120分钟长度的数字电影需要近100年时间,这是非常恐怖的。所以单靠单机来提高渲染效率已经没有办法满足实际需求了。因为,传统的CPU渲染是利用CPU的运算部分进行渲染运算,但一颗CPU的运算单元只占20%,即便是目前主流的多核CPU也是一样,多核CPU只是可以同时运行多个程序,但在实际的动画渲染过程中,上述情况对运算而言毫无帮助。
所以,如何克服个人用户在单机情况下进行三维动漫、影视制作、家具设计等3D模型渲染速度过慢或渲染成本过高等缺点,已经是业内期待需要解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种基于GPU云集群的3D渲染平台,以利用GPU构建分布式并行云渲染技术,给用户带来全新体验,以使用户可以动态递交渲染任务到云集群的远程伺服端上,进而解决现有技术中个人用户在单机情况下进行三维动漫、影视制作、家具设计等3D模型渲染速度过慢或渲染成本过高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种基于GPU云集群的3D渲染平台,应用在藉由客户端与远程伺服端构建的互联网***中,且所述客户端预装有用以进行3D建模及动画设计的3D模型制作软件,其特征在于,所述3D渲染平台至少包括:实时监控传输模块,安装于所述客户端并以插件的形式嵌入所述3D模型制作软件中,用以在所述3D模型制作软件建立模型、布置灯光、及创建材质后,将这些场景文件打包为待渲染文件包,并将它批量传输至所述远程伺服端,并与其建立映射关联;渲染管理模块,位于所述远程伺服端,藉由互联网与所述实时监控传输模块连接,用以实时接收到所述实时监控传输模块传输的待渲染文件包后,将所述待渲染文件包进行备份输出,然后将所述待渲染文件包分割后予以动态分配输出,以及用于接收完成的渲染文件,并将各该渲染文件整合为预定格式文件后再进行备份输出,然后将该预定格式文件回传给所述客户端;数据库,位于所述远程伺服端,与所述渲染管理模块连接,用以接收到所述渲染管理模块输出之备份文件后进行存储;云集群渲染节点组,位于所述远程伺服端,与所述渲染管理模块连接,具有多个渲染单元,各该渲染单元装载有基于GPU加速的渲染软件,用于接收到所述渲染管理模块动态分配的分割文件后,各该渲染单元分别执行渲染作业,并在完成渲染作业后生成渲染文件以回传给所述渲染管理模块。
在本发明的基于GPU云集群的3D渲染平台中,所述实时监控传输模块具有一身份认证单元以及费用计算单元,其中,所述身份认证单元藉由互联网与所述渲染管理模块连接,用于对所述客户端的身份进行认证并建立安全会话保持机制;所述费用计算单元藉由互联网与所述渲染管理模块连接,用以计算完成所述待渲染文件包的渲染任务所需费用,于具体的实施方式中,所述实时监控传输模块为一客户端插件。
在本发明的基于GPU云集群的3D渲染平台中,所述渲染管理模块具有一映射关联单元,藉由互联网与所述实时监控传输模块连接,用以实时接收所述实时监控传输模块传输的待渲染文件包,依据所述实时监控传输模块的修改进行实时数据更新,并回传渲染进程给所述实时监控传输模块。
在本发明的基于GPU云集群的3D渲染平台中,所述渲染管理模块具有一备份单元,与所述数据库连接,用以拷贝所述实时监控传输模块传输的待渲染文件包以及由各该渲染文件整合成的预定格式文件后输出给所述数据库。
在本发明的基于GPU云集群的3D渲染平台中,所述渲染管理模块具有一侦测单元,与所述云集群渲染节点组连接,用以侦测各该渲染单元的负载,并得出反馈信息给所述渲染管理模块。
在本发明的基于GPU云集群的3D渲染平台中,所述渲染管理模块具有一动态分配单元,与所述云集群渲染节点组连接,并依据所述侦测单元得出的反馈信息,将所述待渲染文件包进行分割,并将该些分割文件进行动态分配给各该渲染单元。
在本发明的基于GPU云集群的3D渲染平台中,所述渲染管理模块具有一整合单元,与所述云集群渲染节点组连接,用于接收各该渲染单元完成的渲染文件,并将各该渲染文件整合为预定格式文件。
在本发明的基于GPU云集群的3D渲染平台中,所述云集群渲染节点组中的每一个渲染单元至少包含一个CPU以及由该CPU监控的多组GPU。
如上所述,本发明的基于GPU云集群的3D渲染平台与现有技术相比,利用GPU构建分布式并行云渲染技术,并采用动态分配的策略,使用户可以动态递交渲染任务到云集群的管理机上,使用基于GPU的云渲染方式,大幅度地提高了渲染速度,节约了渲染成本,且本发明采用在客户端安装实时监控传输模块,将待渲染文件包实时传输至远程伺服端并与其建立映射关联,进而在传输速率上,比传统的渲染农场快了8~9倍;有效解决了现有技术中三维动漫、影视制作、家具设计等3D模型渲染速度过慢或渲染成本过高等问题。
附图说明
图1显示为本发明的基于GPU云集群的3D渲染平台架构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在不背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1,图1显示为本发明的基于GPU云集群的3D渲染平台架构示意图;需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目及形状绘制,其实际实施时各组件的型态及数量可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图所示,本发明提供一种基于GPU云集群的3D渲染平台,应用在藉由客户端1与远程伺服端3构建的互联网***中,且所述客户端1预装有用以进行3D建模及动画设计的3D模型制作软件,需要特别说明的是,由于本发明的3D渲染平台应用在互联网***中,诚如本领域技术人员所知,在互联网***将会有无数个客户端,因而在图1中,也用了一个标号n(即图示中客户端n)表明这一实际情况,但是,为方便阐述本发明之原理,在本实施方式中,下面将单个客户端1为例进行说明,特此述明。
本发明之基于GPU云集群的3D渲染平台至少包括:实时监控传输模块11,渲染管理模块31,数据库32,云集群渲染节点组33。
所述实时监控传输模块11安装于所述客户端1,具体地,所述实时监控传输模块11以插件的形式嵌入所述3D模型制作软件中,用以在所述3D模型制作软件建立模型、布置灯光、及创建材质后,将这些场景文件打包为待渲染文件包,并将它批量传输至所述远程伺服端3,并与所述远程伺服端3建立映射关联;
在本实施方式中,所述实时监控传输模块11具有一个身份认证单元111以及费用计算单元112,其中,所述身份认证单元111藉由互联网与所述渲染管理模块31连接,用于对所述客户端1的身份进行认证并建立安全会话保持机制;所述费用计算单元112藉由互联网与所述渲染管理模块31连接,用以计算完成所述待渲染文件包的渲染任务所需费用。在本实施方式中,所述实时监控传输模块11为一客户端插件。于具体的实施方式中,所述客户端插件的形式直接扩展了Maya、3DsMax、Archi CAD、Digital Fusion、After Effects、Combustion等3D建模软件,所述客户端插件可在上述3D制作软件内部提交渲染任务,方便了任渲染任务的提交,最大限度地减少了用户的时间成本。
于具体的实施方式中,所述身份认证单元111中具有用户注册登录功能,也就是说只有用户完成身份验证后,方能做提交待渲染文件包、查看渲染进度、获取渲染结果等操作。
于具体的实施方式中,所述费用计算单元112用以计算完成所述待渲染文件包的本次渲染任务所需费用。具体地,所述费用计算单元112采用如下的方式给出此次交易的费用:结合GPU使用个数和GPU渲染时间(以分钟为单位)两个因素,所述费用计算单元112包含一个在线支付功能,当用户接受此次交易,完成在线支付定金后,方能提交待渲染文件包、查看渲染进度、获取渲染结果等操作。
所述渲染管理模块31位于所述远程伺服端3,具体地,所述渲染管理模块31例如为一个高性能的计算机,所述渲染管理模块31藉由互联网与所述实时监控传输模块11连接,用以实时接收所述实时监控传输模块11传输的待渲染文件包后,将所述待渲染文件包进行备份输出,然后将所述待渲染文件包分割后予以动态分配输出。
所述渲染管理模块31还用于接收各该渲染单元331或33n完成的渲染文件,并将各该渲染文件整合为预定格式文件后再进行备份输出,然后将该预定格式文件回传给所述客户端1,以便客户端1的使用者获取渲染结果。
在本实施方式中,所述渲染管理模块31至少包括了以下几个单元:映射关联单元311,备份单元312,侦测单元313,动态分配单元314,以及整合单元315。
所述映射关联单元311藉由互联网与所述实时监控传输模块11连接,用以实时接收所述实时监控传输模块11传输的待渲染文件包,依据所述实时监控传输模块11的修改进行实时数据更新,并回传渲染进程给所述实时监控传输模块11。换言之,所述实时监控传输模块11可通过与所述映射关联单元311映射关联,以进行提交待渲染文件包、查看渲染进度、获取渲染结果等操作。
所述备份单元312与所述数据库32连接,用以拷贝所述实时监控传输模块11传输的待渲染文件包,所述备份单元312还用于将各该渲染文件整合成的预定格式文件后输出给所述数据库32,以令其存储。
所述侦测单元313与所述云集群渲染节点组33连接,用以侦测各该渲染单元331或33n的负载,并得出反馈信息给所述渲染管理模块31。换言之,所述反馈信息是指各该渲染单元331或33n的负载情况,所述侦测单元313将负载少的渲染单元331或33n清单提供给上述所述动态分配单元314,以使其动态分配。
所述动态分配单元314与所述云集群渲染节点组33中的每个渲染单元33至33n连接,并依据所述侦测单元313得出的反馈信息(即上述之各该渲染单元331或33n的负载情况),将所述待渲染文件包进行分割,并将该些分割文件进行动态分配给各该渲染单元331或33n。在本实施方式中,所述动态分配单元314对待渲染文件包进行分割,然后将分割后的文件动态地分配到各该渲染单元331或33n上去,在具体的实施方式中,所述动态分配单元314对待渲染文件包进行分割的方式有两种:一种是一帧一帧地进行随机划分;另一种是以一定数目的连续帧为单位进行划分。诚如上述,其动态分配策略是根据各该渲染单元331或33n的负载来进行分配。
所述整合单元315与所述云集群渲染节点组33连接,用于接收各该渲染单元331或33n完成的渲染文件,并将各该渲染文件整合为预定格式文件。在本实施方式中,所述预定格式文件为MID格式文件。
所述数据库32位于所述远程伺服端3,与所述渲染管理模块31连接,具体地,所述数据库32例如为一个高性能的计算机,其与所述渲染管理模块31的备份单元312相连接,用以接收到所述渲染管理模块31的备份单元312输出之备份文件后进行存储,以备上述文件丢失或损坏后进行提取。在本实施方式中,其存储的备份文件至少为两种,一种为实时监控传输模块11传输的待渲染文件包,另一种为各该渲染文件整合成的预定格式文件。
所述云集群渲染节点组33位于所述远程伺服端2,具体地,所述云集群渲染节点组33例如为一个高性能的计算机群组,其与所述渲染管理模块31连接,所述云集群渲染节点组33具有n多个渲染单元331至33n,在具体的实施方式中,每一个渲染单元331或33n都是一个高性能的计算机,而且该计算机至少包含一个CPU以及由该CPU监控的多组GPU。换言之,每一个渲染单元331或33n是由一颗单核或多核的CPU和多组并行的GPU构成,而每个GPU拥有大于128个核心的并行运算单元,例如可以采用NVidian的GPU。
各该渲染单元331或33n装载有基于GPU加速的渲染软件,例如基于GPU加速的渲染软件nRay,该渲染软件nRay基于CUDA的编程技术,其自动预估每帧的计算量以采用单帧多GPU或多帧单GPU而进行渲染。各该渲染单元331或33n用于接收到所述渲染管理模块31的动态分配单元314动态分配的分割文件后,各该渲染单元331或33n分别执行渲染作业,并在完成渲染作业后生成渲染文件以回传给所述渲染管理模块31的整合单元315,以令所述整合单元315整合为MID格式文件之后,回传给所述客户端1。
在本发明中,采取新的数据格式MID来进行传输。它不同于以往的渲染集群的计算结果是某个图像,MID格式文件是个接近最终图像的数据表达的集合。所述实时监控传输模块11接受MID格式文件后,由现有的建模软件解析最终图像结果。MID格式文件的长度尺寸只有最终的图像结果的长度尺寸的10%,非常有利于在网络上传输,大幅度地减少了客户带宽。
而且,在本发明中所述渲染管理模块31、云集群渲染节点组33、数据库32采用千兆交换机(未图示)连接起来的,组成了一个千兆的以太网。整个网络采用分布式管理方式,运用云计算技术来降低网络负载,实现任务调度。
综上所述,本发明的基于GPU云集群的3D渲染平台利用GPU构建分布式并行云渲染技术,并采用动态分配的策略,使用户可以动态递交渲染任务到云集群的管理机上,使用基于GPU的云渲染方式,大幅度地提高了渲染速度,节约了渲染成本,且本发明采用在客户端安装实时监控传输模块,将待渲染文件包实时传输至远程伺服端并与其建立映射关联,进而在传输速率上,比传统的渲染农场快了8~9倍;有效解决了现有技术中三维动漫、影视制作、家具设计等3D模型渲染速度过慢或渲染成本过高等问题。所以,本发明与现有技术相比,有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟习此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1. 一种基于GPU云集群的3D渲染平台,应用在藉由客户端与远程伺服端构建的互联网***中,且所述客户端预装有用以进行3D建模及动画设计的3D模型制作软件,其特征在于,其至少包括:
实时监控传输模块,安装于所述客户端并以插件的形式嵌入所述3D模型制作软件中,用以在所述3D模型制作软件建立模型、布置灯光、及创建材质后,将这些场景文件打包为待渲染文件包,并将它批量传输至所述远程伺服端,并与其建立映射关联;
所述实时监控传输模块具有一个身份认证单元以及费用计算单元,其中,所述身份认证单元藉由互联网与渲染管理模块连接,用于对所述客户端的身份进行认证并建立安全会话保持机制;所述费用计算单元藉由互联网与所述渲染管理模块连接,用以计算完成所述待渲染文件包的渲染任务所需费用;
渲染管理模块,位于所述远程伺服端,藉由互联网与所述实时监控传输模块连接,用以实时接收到所述实时监控传输模块传输的待渲染文件包后,将所述待渲染文件包进行备份输出,然后将所述待渲染文件包分割后予以动态分配输出,以及用于接收完成的渲染文件, 并将各该渲染文件整合为预定格式文件后再进行备份输出,然后将该预定格式文件回传给所述客户端;
所述渲染管理模块至少包括:映射关联单元,备份单元,侦测单元,动态分配单元,以及整合单元;
所述映射关联单元藉由互联网与所述实时监控传输模块连接,用以实时接收所述实时监控传输模块传输的待渲染文件包,依据所述实时监控传输模块的修改进行实时数据更新,并回传渲染进程给所述实时监控传输模块;所述备份单元与数据库连接,用以拷贝所述实时监控传输模块传输的待渲染文件包,所述备份单元还用于将各该渲染文件整合成的预定格式文件后输出给所述数据库,以令其存储;所述侦测单元与云集群渲染节点组连接,用以侦测云集群渲染节点组中的各渲染单元的负载,并得出反馈信息给所述渲染管理模块;所述动态分配单元与所述云集群渲染节点组中的每个渲染单元连接,并依据所述侦测单元得出的反馈信息,将所述待渲染文件包进行分割,并将该些分割文件进行动态分配给各该渲染单元,所述动态分配单元对待渲染文件包进行分割是一帧一帧地进行随机划分,或者是以一定数目的连续帧为单位进行划分;所述整合单元与所述云集群渲染节点组连接,用于接收各该渲染单元完成的渲染文件,并将各该渲染文件整合为预定格式文件,所述预定格式文件为MID格式文件;
数据库,位于所述远程伺服端,与所述渲染管理模块连接,用以接收到所述渲染管理模块输出之备份文件后进行存储,所述数据库为一个高性能的计算机,其与所述渲染管理模块的备份单元相连接,用以接收到所述渲染管理模块的备份单元输出之备份文件后进行存储,以备所述备份文件丢失或损坏后进行提取,存储的所述备份文件为两种,一种为实时监控传输模块传输的待渲染文件包,另一种为各该渲染文件整合成的预定格式文件;以及
云集群渲染节点组,位于所述远程伺服端,与所述渲染管理模块连接,具有多个渲染单元,各该渲染单元装载有基于GPU加速的渲染软件,用于接收到所述渲染管理模块动态分配的分割文件后,各该渲染单元分别执行渲染作业,并在完成渲染作业后生成渲染文件以回传给所述渲染管理模块;各该渲染单元装载有基于GPU加速的渲染软件,该渲染软件基于CUDA的编程技术,其自动预估每帧的计算量以采用单帧多GPU或多帧单GPU而进行渲染;各该渲染单元用于接收到所述渲染管理模块的动态分配单元动态分配的分割文件后,各该渲染单元分别执行渲染作业,并在完成渲染作业后生成渲染文件以回传给所述渲染管理模块的整合单元以令所述整合单元整合为MID格式文件之后,回传给所述客户端;
所述实时监控传输模块接受所述MID格式文件后,由建模软件解析最终图像结果。
2.根据权利要求1所述的基于GPU云集群的3D渲染平台,其特征在于:所述实时监控传输模块为一客户端插件。
3.根据权利要求1所述的基于GPU云集群的3D渲染平台,其特征在于:所述云集群渲染节点组中的每一个渲染单元至少包含一个GPU以及由该GPU监控的多组GPU。
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