【集群渲染】《阿凡达》幕后的渲染集群与渲染技术
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大家下午好呀，我是小海豚😄，今年上映了越来越多的CG电影、动漫电影，带来一波又一波观影热潮，也带来一波波票房奇迹。《阿丽塔》刚走，《流浪地球》就来，《哪吒》也将VFX国产动漫技术带到一个更高的层次，那这些影像是如何制作出来的呢？我们以划时代的影片《阿凡达》为例，揭开影视工业幕后的渲染工业状态。
为什么渲染需要使用庞大的集群服务器？
渲染电影级别的画面使用了“光线追踪”。简单地说，3D技术里的光线追踪算法，就是先假设屏幕内的世界是真实的，显示器是个透明的玻璃，只要找到屏幕内能透过人眼的光线，加以追踪就能构建出完成的3D画面。
根据Intel的说法，若要用光线追踪渲染出达到现代游戏的画面质量，并跑出可流畅运行的帧数，每秒需要计算10亿束光线。这个数字包括每帧每像素需要大概30束不同的光线，分别用来计算着色、光照与其它各种特效，按照这个公式，在1024×768这样的入门级分辨率下，一共有786432个像素，乘以每像素30束光线以及每秒60帧，我们就需要每秒能运算141.5亿束光线的硬件，而Intel双路4内核处理器每秒仅能处理830万束光线。
为了解决《阿凡达》的渲染任务，Weta Digital超级计算机每天处理多达140万个任务来渲染电影，每天运行24小时。通常阿凡达的每帧需要渲染几个小时，每一秒24帧，由此可看出强大的渲染集群能力对于CG工作室的重要性。
如果你有多台计算机，社区内也提供了为Win、Mac、Linux组建Nuke、AE、Houdini集群渲染服务器的方法：
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Weta Digital以及他们参与渲染的《阿凡达》
Weta Digital位于新西兰惠灵顿，他们拥有10,000平方英尺的渲染集群设施。他们令人印象深刻的作品包括：《指环王 魔戒三部曲》，《X战警》《第九区》和《金刚》等。
《阿凡达》是在新西兰的米拉马尔（人口8,334）拍摄和渲染的，这是世界上最强大的专用数据中心之一（在这个地方他们曾经创造了金刚和指环王）。根据信息管理，计算核心–34个机架，每个机架有四个机组，每个机组安装32台机器，共计使用超过4,000台HP BL2x220c刀片服务器。累计使用约40,000个处理器和104 TB（内存）RAM。
刀片服务器之间通过光纤通道传输、读写约3PB的硬盘集群。
所有服务器都紧密连接协同，并通过多个10千兆光纤网络连接。 “我们需要紧密高速运算、传输的设备，以获得视觉效果所需的带宽，由于数据流量非常大，因此存储只能使用本地存储，”Weta的数据中心系统管理员Paul Gunn说。
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渲染集群负责人–“牧马人说”
Weta的视觉特效处理单元，数字艺术家们使用Maya和皮克斯的renderman等 软件把导演脑中所想变成三维图形。工作人员介绍，电影工业的流程百年来变化不大，只有工具不同，另外和数据的联系也更紧密。
一个视觉特效数据中心 的最主要工作就是渲染，这就是乔·维尔基负责的工作：
他每天站立在被称为“渲染墙”的计算机集群前，监视数据在（Pipeline）管线之间流动，他这样的工作被称为“牧马人”。这原来是形容西部片中用来监管马厩的职位的😄，当年的西部片中需要真实的马匹来营造气氛，和现在的特效制作确有异曲同工之妙。
分布式集群计算机系统是Pixar（皮克斯）出品的，名叫“阿尔弗雷德”的多任务阶梯式架构，把一个大任务分成数千个独立的小单元来处理。每当有CPU完成任务处于空闲状态时，就会被随机分配新的任务。
在高峰时段，《阿凡达》每天要处理10000多个任务，也就是大约1300-1400万个小单元。
数据中心要处理每秒7-8GB的数据，最近一段时间还要24小时连续运行。设备运行既不能太快，也不能太慢，而需要保持稳定的速度。而相比之下，《阿凡达》成品源文件的数据容量就要微小得多了，仅仅是每帧12MB左右的数据。然而每秒288M或每分钟17.28G，其实这个数字也是非常惊人的。
能让这个数字奇迹上演，需要一大堆电子艺术精英，计算机专家和数据库工作人员的通力合作。
这么大规模的人员调动和协作是少有的。这些人既充分发挥了他 们的独立智慧，又体现出犹如一体的紧密联系，和不计成本的合作，最终才使这部片子的每一帧都精益求精，几乎无可挑剔。他们就像矗立在机房里的每一架刀片式服务器一样，是影片《阿凡达》的最大功臣。
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