一个月前皮克斯首席高级工程师Max Liani在加利福尼亚州的圣何塞GTC 2018期间发布了RenderMan XPU项目更新。Max讨论了项目目标和技术挑战以及展示最近的成果。RenderMan XPU正在积极开发中,在RenderMan 22交付后进行定向发布。RenderMan XPU的具体发布时间表尚未公布。应该不出意外是今年Siggraph开完后正式发布。

【独家干货】RenderMan即将到来的XPU交叉式渲染-VFXQH

RenderMan XPU项目解决了在具有CPU和GPU功能的混合渲染系统上渲染皮克斯级资产的生产挑战。RenderMan XPU从一组资产中同时无缝地使用所有可用的计算内核,从而生成电影质量的渲染。RenderMan XPU是一款可以在多种系统上运行的单一渲染器,从具有中档CPU的渲染农场机器一直到具有多核CPU和多个极限GPU的工作站或服务器。

复杂场景和艺术家的敏捷性

对艺术家和工具的需求不断发展,场景复杂度不断增长。电影,电视和其他形式要求更多的现实主义以及更虚幻复杂的结构场景。随着更紧密的生产计划,最大限度地提高艺术家生产力至关重要,在处理庞大高质量的资产时,艺术家需要更大的互动性和更细致的控制。 当在工具中渲染预览时,艺术家的工作效率也更高,能够准确反映农场最终框架的外观。

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在这方面RenderMan XPU的更新。XPU的使命是自动利用可用的CPU和GPU计算能力,为艺术家提供生产场景的最佳性能和灵活性,所有这一切都来自他们已经使用的艺术工具。RenderMan XPU在皮克斯正在积极开发中,虽然外部发布日期尚未确定,但它将在RenderMan 22的商业版本发布后的某个时候推出,它本身提供了重要的新交互功能。

今天的RenderMan:规模化的多功能性

在皮克斯,我们的每一部作品都比上一部作品要复杂得多,需要独特的技术创新才能让我们的艺术家创作出定义每部电影的丰富性和细节。我们的艺术家需要速度和灵活性,要求能够在最后时刻调整照明和阴影以增强故事和导演视野的服务形象。许多工作室都熟悉这些苛刻的趋势。

今天,在视觉特效和动画中,通常需要处理巨型大量的几何模型,大量的纹理贴图,庞大的阴影网络以及大量灯光的海量数据集。场景的每个部分都必须是可编辑的,所以艺术家可以随时增强拍摄效果,直至最终呈现,所有这些都是为了增强故事。

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由XPU提供,来自Coco的巨型场景(没有着色器和灯光)

例如,在Coco上,每个镜头平均花费了27GB的内存,而异常值需要70GB或更多。有数百万个点灯的镜头。RenderMan始终受到这些技术挑战的启发,并专注于提供任何规模的高质量结果,最具适应性的多功能性,同时响应不断变化的艺术景观呈现。

今天的RenderMan:皮克斯的内部GPU光线追踪工具

在过去的几年里,在RenderMan XPU项目之前,皮克斯的内部工具团队开发了一个基于GPU的光线追踪器,建立在CUDA和Optix上。一个名为Flow的应用程序围绕该渲染器构建,为我们的艺术家提供实时着色系统。到目前为止,Flow已经帮助艺术家们生产了《寻梦环游记》和《超人总动员2》等几部电影中的数百个资产。

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Flow系统的设计是为了让GPU渲染器尽可能多地共享来自RenderMan的最终渲染的核心渲染逻辑,使我们更容易保持两个渲染器同步。但是,由于RenderMan具有的功能和资源超出了目前仅能在GPU上提供的资源,因此难以进行精确匹配。

我们的艺术家喜欢Flow以及它带来的高互动性。他们非常喜欢它,通过加载更多的几何体,更多的纹理和请求更多的渲染功能,他们不断地推动GPU硬件的极限。

如果你想详细了解Flow系统,请猛戳我

GPU和CPU的演变

今天的艺术家在他们的办公桌,电脑上有两块非常有能力的芯片CPU和GPU,并且两者都在迅速发展。CPU系统比以往任何时候都具有更强大的功能,可以实现任意线程的大量通用内核,更宽的SIMD操作指令带宽以及巨大的内存,存储和网络选项。GPU原始性能和可用本地内存方面有显着的发展浪潮。NVIDIA RTX和更通用的GPU编程模型等技术开始为高端算法提供直接交叉支持。

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XPU提供来自CPU和GPU渲染的相同像素

CPU+GPU混合渲染 V-Ray Hybrid横空出世!中我写过:了解渲染的朋友都知道,混合渲染的最大难题就是让GPU和CPU渲染产生完全相同的计算结果。因为GPU代码很难调试,当代码崩溃时正如它不可避免的那样,它可能只返回一个内核转储,没有关于代码中哪个部分导致了崩溃的信息。为了发现原因,开发人员会将代码的每一部分注释出来,直到找到崩溃的BUG代码为止。这个过程既繁琐又费时。XPU相对完美的解决了这个问题!

我们希望的是充分利用两种处理器类型的先进优势,在可用时自动利用它们,但如果它们离线不可用,仍然可以产生专业效果。我们利用这些技术的融合来充分利用RenderMan在CPU上的创新优势,以及在像Flow这样的项目上磨练出艺术家精湛的GPU渲染技术。

Arnold首席架构师谈即将到来的GPU渲染(也是GTC 2018同时期发布的哦,敬请点击打开欣赏!)中我写过:根据摩尔定律、能量守恒等原理,我认为大框架顶层设计不发生质的改变,渲染已经不会有非常大的效率提升了。对于渲染的未来我还持一年前一样的看法:我认为最终极的趋势就是在一张图里我们会按需分配指定不同CPU和GPU的材质进行混合渲染,这样效率和质量都能得到最佳的平衡,充分融合发挥两者间的优势。

RenderMan XPU是未来的渲染器

我们相信未来的渲染器必须同时支持GPU和CPU,并且都扮演重要角色。当两者结合在一起时,实时生产路径追踪的愿景可以更快实现。 RenderMan XPU名字的缘由就是我们同时使用这两种芯片,带来的交叉式渲染。

我们必须完成两个主要用例,在艺术家桌面上快速渲染并在农场上快速渲染。该渲染场可以在夜间安装在桌面上,具有特殊GPU的租用机器,专用的本地CPU基础数据中心,或者云中的一系列经济供应实例。在后两种情况下,具有处理生产资产复杂性能力的GPU可能无法使用。我们必须能够在基于CPU的服务器场上生成相同的图片,我们在具有高性能CPU和多个GPU的艺术家工作站上使用相同的资产。

XPU渲染:通用代码库和先进的可扩展性

在可维护的代码库中的CPU和GPU上创建相同的感知图像需要共享大量的代码。我们正在从皮克斯的内部Flow项目中学到许多技巧和见解。对于我们的材质,我们通过模板和专业化从一个共同的基础中派生出高性能的CPU和GPU代码。对于驱动这些材质的模式,我们依靠OSL和LLVM,以便在这两个硬件上运行相同的OSL代码。我们正在与NVIDIA和英特尔合作,根据这些方针优化OSL。此外,我们正在CPU和GPU之间开发共享光线追踪集成器代码。

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XPU可以处理大量的纹理,远远超过硬件缓存,约280GB

可扩展性和性能是推动RenderMan XPU各个方面发展的主要标准。例如,我们正在实现新颖的数据压缩技术,以便我们可以将更复杂的场景应用到GPU内存中。我们已经实现了一个新的纹理子系统,以便于将大量的纹理数据分页进出GPU,以处理需要比存储卡上的内存更多内存的场景。随着光线追踪器需要,纹理将动态加载到GPU上。不需要场景分析或纹理预加载。

RenderMan XPU:体验计数

RenderMan XPU是一种新的生产渲染方法,但并不是RenderMan XPU中的所有功能都是新的。RenderMan作为生产渲染器的一个关键方面是它为整个工作室流水线中的艺术家提供的灵活性。这种灵活性由RenderMan整合到面向艺术家的应用程序中,如Maya,Katana和Houdini。RenderMan XPU将直接插入到我们现有的艺术家应用程序中。使用RenderMan的工作室将能够轻松转移到XPU,而无需重新培训艺术家,重新查看他们的资产,重新整理或制作特殊的变体资产。

在过去的三十年中,RenderMan一直是一个充满活力,多功能,不断发展的渲染解决方案,始终专注于规模和质量。RenderMan XPU源于实际生产中的坚实背景。来自我们自己的研发团队和行业合作伙伴的卓越的新光线追踪创新与Pixar和其他迪士尼工作室和实验室开发的内部实时艺术家工具的成熟技术相结合。这些努力将产生适合电影行业的交叉式渲染器,它们将在艺术家所知的工具和工作流程内工作。

RenderMan XPU仍在进行中。这是令人兴奋的工作,在CG计算机图形学中带来激动人心的时刻,我们期待着艺术家每天都在使用它。如前所述,XPU的发布日期尚未公布,但将在RenderMan 22发布后推出。

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