GPU ओपन सोर्स फ़ोटोरियलिज़्म: साइकल रेंडर

GPGPU प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, बाजार में बहुत सारे GPU प्रस्तुत किए गए, उनमें से iRay, V-ray RT, Octane, Arion शामिल हैं। लेकिन, ओपनसोर्स कम्युनिटी अलर्ट पर है, और कम से कम दो जीपीयू-फ्री रेंडर जो मुझे ज्ञात हैं, वे दिखाई दिए: स्मॉलक्लेगपु और साइकिल रेंडर। मैं बाद के अपने इंप्रेशन साझा करना चाहता हूं।

साइकल रेंडर - निष्पक्ष रेंडर , GPU (CUDA और OpenCL for ATI) पर रेंडर करने की क्षमता के साथ। ब्लेंडर के साथ एक बॉक्स में झूठ चलता है, जो विंडोज, लिनक्स, ओएसएक्स पर चलता है।


साइकिल रेंडर, एक प्रक्रियात्मक बनावट वाली कार, FullHD को GTX580 पर पूरा करने में 2 मिनट का समय लगा।

ब्लेंडर मुझे बहुत कम रुचि के थे, भले ही मुझे पता था कि कुछ फायदे के बावजूद: खुलापन, इंस्टॉलर की आसानी, काम की गति। 3 डी मैक्स से कंजर्वेटिव को ब्लेंडर में स्थानांतरित करना बेहद मुश्किल है: एक और प्रबंधन, "यह ऐसा नहीं है!" लेकिन, विशेष रूप से जीपीयू पर रेंडरिंग एनीसेस के विषय को चालू करते हुए, मैंने साइकिल का प्रयास करने और एक नया ब्लेंडर (संस्करण 2.63 इस लेख के प्रकाशन के समय) सीखने का फैसला किया।

अन्तरक्रियाशीलता के बारे में एक छोटा वीडियो, और यह कैसे काम करता है:

चक्र का उपयोग करने वाला रेंडरिंग मोड सीधे सक्रिय व्यूपोर्ट में किया जा सकता है (यह एक नवाचार नहीं है, बस एक सुविधा है), या आप कैमरे से वास्तविक समय में दृश्य में बदलाव की निगरानी कर सकते हैं।

CPU बनाम GPU
X86-64 आर्किटेक्चर प्रोसेसरों के कोर में एक बहुत बड़ा अनुदेश है, जिसमें एक बड़े क्रिस्टल क्षेत्र की आवश्यकता होती है। इस वजह से, सीपीयू पर कई कोर रखना मुश्किल है, लेकिन एकल-थ्रेडेड अनुप्रयोगों में, x86 अपना सर्वश्रेष्ठ करता है।
लेकिन अपमान करने के लिए प्रतिपादन बहु-सूत्र है। यहां मुख्य बात फ्लोटिंग-पॉइंट ऑपरेशन की उच्च गति है, और बड़ी मात्रा में डेटा के साथ संचालन के लिए अच्छी मेमोरी बैंडविड्थ की आवश्यकता होती है। इन उद्देश्यों के लिए GPU बहुत बेहतर है।
लेकिन GPU, एक प्लेटफ़ॉर्म के रूप में जिसे मूल रूप से हार्डवेयर रैस्टराइज़ेशन (OpenGL, DirectX) के लिए तेज किया गया था, GPGPU कार्यों के लिए अनुकूल होना काफी मुश्किल है। सीपीयू पर आसानी से हल किए जा सकने वाले कई सॉफ्टवेयर समाधानों को CUDA और OpenCL जैसे फ्रेमवर्क के माध्यम से GPU पर टैम्बोरिन के साथ काफी नृत्य की आवश्यकता होती है। अक्सर, एल्गोरिदम के कार्यान्वयन की जटिलता और फ्रेमवर्क के खराब अनुकूलन (उदाहरण के लिए, ओपनसीएल) के कारण, GPU प्रोग्रामिंग से इनकार कर दिया जाता है।
गणितीय कार्यों के लिए (भौतिकी की गणना), निर्देशों का एक छोटा सा सेट के साथ एक नया प्रोसेसर आर्किटेक्चर, बड़ी संख्या में कोर और तेजी से परिवर्धन के लिए हार्डवेयर समाधान का एक सेट और फ्लोटिंग-पॉइंट संख्याओं के गुणन की आवश्यकता है। या तब तक प्रतीक्षा करें जब तक कि GPU गैर-ग्राफिक कंप्यूटिंग की जरूरतों के लिए हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर में बेहतर रूप से अनुकूलित न हो जाए।
लेकिन इस तरह की वास्तुकला की कमी और सब कुछ "शांत" होने तक प्रतीक्षा करने की अनिच्छा को देखते हुए, दुनिया भर के डेवलपर्स पहले से ही जीपीयू में महारत हासिल कर रहे हैं। बेशक, GPU पर रेंडरिंग गति प्रदान करके कई गुना बढ़ा देता है।

एक छोटा बेंचमार्क है जहाँ आप अपने हार्डवेयर को आज़मा सकते हैं।
मेरा समय प्रस्तुत करना (कोर i5 2500 बनाम GTX580)।
विंडोज 7 64 बिट: सीपीयू 5:39 : 64 क्यूडा 0:42 : 54। 8.07 बार।
Ubuntu 12.04 64 बिट: CPU 3:48 : 77, CUDA 0:39 : 03। 5.84 बार।
नवीनतम टॉप-एंड राडों पर प्रतिपादन की गति के बारे में पता लगाना दिलचस्प होगा।

एक दिलचस्प तथ्य यह है कि यूनिक्स सीपीयू पर गति प्रदान करने में विंडोज से बेहतर प्रदर्शन करता है। ताकि आप यह न सोचें कि मेरा विंडोज खराब रहता है, मैंने सबूत खोद लिए: एक बार (4 वां संदेश) और दो (अंग्रेजी में)। यह किससे जुड़ा है - मैं अनुमान नहीं लगाना चाहता, मुझे नहीं पता।
UPD: पहले से ही पता है, टिप्पणी के लिए धन्यवाद लॉकल ।

GPU का पृथक्करण हार्डवेयर पर भी निर्भर करता है, और प्रक्रियात्मक बनावट की जटिलता। जटिल प्रक्रियात्मक बनावट में, GPU पृथक्करण थोड़ा कम हो जाता है। उनका बोलना।

प्रक्रियात्मक बनावट
वांछित सामग्री बनाने के लिए, आपके पास ग्राफ़ नोड्स का उपयोग करके शेड बनाने के लिए कौशल होना चाहिए। मैं यह समझाने की कोशिश करूंगा कि यह एक उदाहरण का उपयोग करके कैसे काम करता है:

कहां (मुझे ऐसा लग रहा था कि पीछे की तरफ साफ होगा) :
1. बाहर निकलें। फ़ंक्शन को सतह पर आउटपुट करने के लिए सामग्री आउटपुट की आवश्यकता होती है।
2. shader पैरामीटर (3) के अनुसार पेंट (4) और ग्लॉस (5) के घटक को मिलाता है।
3. चमकदार सतह का प्रतिबिंब गुणांक (प्रतिबिंब गुणांक घटना के कोण पर निर्भर करता है, जो स्पर्शरेखा की तुलना में सतह के कम लंबवत को दर्शाता है)
4. shader 6 और 7 को समान अनुपात में मिलाता है (Fac = 0.5)।
5. दर्पण प्रतिबिंब (वार्निश सतह)।
6, 7. डिफ्यूज़ और ग्लॉसी (रफनेस 0.35) कंपोनेंट पेंट्स।
8. रंग परिवर्तक। ह्यू इनपुट पर, बनावट का पहलू पैरामीटर (9) 0 से 1 तक है। आउटपुट पर, प्रकाश लाल रंग से ऑफसेट होता है।
9. एक यादृच्छिक रंग सेल जनरेटर (आर, जी, बी), जहां चेहरे की तीव्रता (0 से 1 तक) है।

काम के सिद्धांत में महारत हासिल करने के बाद, आप थोड़ा खेल सकते हैं:

आप किसी भी बनावट और सतह के प्रकारों को जोड़ सकते हैं। फुलएचडी है ।

आप नकारात्मक चमक के हल्के स्रोत बना सकते हैं।

प्रकाश, विरोधी प्रकाश।

आप न केवल सतहों, बल्कि पर्यावरण को भी प्रक्रियात्मक बना सकते हैं: आकाश, बादल, आदि। और नोड्स की मदद से, आप छवि के बाद के प्रसंस्करण को भी कॉन्फ़िगर कर सकते हैं।

अचिंतनीयता
खैर, पहले तो यह सवाल मेरे लिए नासमझी का था, लेकिन फिर मुझे एहसास हुआ कि क्या हो रहा है। यहां, जैसा कि मैं इसे समझता हूं, सवाल प्रदर्शन और सुविधा के बीच है, और यह सभी GPU वाक्यांशों पर लागू होता है (एरियन रेंडर और सभी सीपीयू वाक्यांश इस सुविधा के साथ पाप नहीं करते हैं)।
उनके पास स्पेक्युलर और ग्लॉसी रिफ्लेक्शन के लिए ग्लॉसी मटीरियल है, और डिफ्यूज़ के लिए डिफ्यूज़ है।
ये रही बात। यदि कोई प्रकीर्णन नहीं है, तो बीम की घटना के बिंदु पर यादृच्छिक विचलन का मान 0 है, और बीम को विशेष रूप से परिलक्षित किया जाता है। यदि 1 (अधिकतम) - तो किरण प्रतिबिंब गोलार्ध में किसी भी दिशा में परिलक्षित हो सकती है। यही है, अगर हम एक दर्पण लेते हैं और इसे अधिकतम खुरदरापन देते हैं, तो हमें श्वेत पत्र मिलता है। मैक्सवेल का उपयोग करके कम से कम मैं इसका उपयोग कर रहा हूं।

यदि रफ-ग्लॉसी किसी तरह से नहीं निकला है, और आप इसे विश्वसनीय फैलाना नहीं कह सकते हैं, तो यह फैलाना है।

वही पारभासी shader के लिए चला जाता है। पारभासी अनुवाद एक अपारदर्शी माध्यम के रूप में होता है, हालांकि, प्रतिपादन में हमारा मतलब है अपवर्तन। मेरा मतलब है, ट्रांसलूसेंट, यह फ्रॉस्टेड ग्लास (मैट रफनेस वाला ग्लास शेडर) है।

इन तस्वीरों से हम कह सकते हैं कि ट्रांसलूसेंट सामान्य दिखता है।

यह स्पष्ट है कि ग्लॉसी और ग्लास की खुरदरापन के साथ लगभग 1 (नेत्रहीन, 0.7 से अधिक) डिफ्यूज़ और ट्रांसलूसेंट का उपयोग करना बेहतर है।

Shaders के गुणों की विस्तृत जानकारी यहाँ है ।

ये प्रश्न यथार्थवादी चित्र प्राप्त करने के लिए मौलिक नहीं हैं, लेकिन फिर भी, मैं उन लोगों के लिए कुछ सामान्यीकरण और प्रशंसनीय प्रतिबिंब मॉडल जोड़ना चाहूंगा जो इसके अभ्यस्त हैं।
उदाहरण के लिए: किसी भी एक पैरामीटर द्वारा सतह की खुरदरापन सेट करें, जैसा कि मैक्सवेल, फ्राई, इंडिगो, लक्स और अतिरिक्त स्लाइडर्स और चेक मार्क के साथ प्रतिबिंब वितरण की सुविधाओं में किया जाता है। और सबसे कठोर के लिए - बेजियर घटता का उपयोग करके प्रतिबिंब के वितरण को नियंत्रित करना। आज्ञा देना, प्रदर्शन की गिरावट के लिए।

इसके अलावा, साइकिल इस तरह की सुविधा के साथ पापों को प्रस्तुत करती है। यदि हमारे पास दृश्य में कई प्रकाश स्रोत हैं (कहते हैं, 2), तो संभावना है कि कैमरे से उत्सर्जित बीम बड़े प्रकाश स्रोत में परिलक्षित होगा, प्रकाश स्रोतों की तीव्रता की परवाह किए बिना, एक छोटे से अधिक होगा। जब एक दृश्य में एक नरम और कठोर प्रकाश संयुक्त होता है, तो यह इस तरह दिखाई दे सकता है (बाईं ओर), और जब तक शोर पारित नहीं होता तब तक इंतजार करने में लंबा समय लगेगा।

बाईं ओर की तस्वीर दिखाती है कि सामने का प्रकाश स्रोत "शोर" है, जबकि पीछे वाला बहुत अच्छा महसूस करता है।

पहली बात जो मन में आ सकती है वह है पोस्ट-प्रोसेसिंग में 2 रेंडरिंग को संयोजित करना।
हालांकि, ताकि लोगों को ज्यादा तकलीफ न हो, साइकल का एक ऐसा कार्य है: "सैंपल ऐज़ लैम्प", जो डिफ़ॉल्ट रूप से सक्षम है। यदि आप इसे अनचेक करते हैं, तो कैमरे से निकलने वाली किरणों का हिस्सा वस्तुओं से एक यादृच्छिक दिशा में परिलक्षित होगा, न कि प्रकाश स्रोत (शुद्ध पथ अनुरेखण) की दिशा में। इस मामले में, छोटा प्रकाश स्रोत जीतता है, और बड़ा एक छोटा खो देता है। मुझे लगता है कि यह एक अस्थायी समाधान है, और जल्द ही या बाद में कार्यक्रम पूरा हो जाएगा और इस समस्या के समाधान पर ले जाएगा।

सामान्य तौर पर, रूट ट्रेलरों में, सबसे कठिन काम छवि भर में कम्प्यूटेशनल भार का सही वितरण है: किस प्रकाश स्रोत को सबसे अधिक ध्यान दिया जाना चाहिए - जो छोटा है, जिसे पिक्सेल को बहुत सारे नमूनों की आवश्यकता होती है - जो नहीं है, जो सामग्री परतों में से नमूना के लिए अधिक है - और जो व्यावहारिक रूप से परिणामी छवि को प्रभावित नहीं करता है। किस दिशा में बीम को प्रतिबिंबित करना बेहतर है, आदि। यह अब के लिए बहुत तंग है।

टमाटर बनाम संतरे
शायद इसलिए कुछ मैक्सवेल के साथ साइकिल की तुलना करने के बारे में सोचेंगे। लेकिन ब्रांड के नए ओपन सोर्स रेंडरर को पुराने कॉमरेडों के बराबर बढ़ने और रहने की जरूरत है।
तो, रिज़ॉल्यूशन 400x300 है, समय 10 सेकंड है:

वैसे भी मैक्सवेल काफी जीवन्त दिखते हैं।

मैक्सवेल ने किसी भी सतह पैरामीटर को नमूने के रूप में नमूने के रूप में कॉन्फ़िगर नहीं किया, एल्गोरिथ्म सभी लोड वितरण का ख्याल रखता है।
साइकिल में कास्टिक से मजबूत शोर (और कास्टिक को बंद किया जा सकता है यदि आप चाहें तो) इस तथ्य से समझाया गया है कि इसमें मेट्रोपोलिस नमूनाकरण (बीम अनुकूलन एल्गोरिदम जो मैक्सवेल रेंडर है) नहीं है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पर्यावरण या एक बड़े प्रकाश स्रोत से प्रकाश का उपयोग करते समय, साइकल में छवि मैक्सवेल की तुलना में काफी साफ है।

5 सेकंड रेंडर किया।


और थोड़ा अधिक गंभीर (कोर i5, 1 मिनट)।

BVH
बाउंडिंग वॉल्यूम पदानुक्रम - बाउंडिंग वॉल्यूम के पदानुक्रम के रूप में अनुवाद करता है (इस हिस्से में ज्ञान के लिए धन्यवाद डॉन )।
ईमानदारी से, अलग-अलग रेंडर में "प्री-टेंडर तैयारी" की प्रक्रिया को अलग तरीके से कहा जाता है, ओकटाइन में संकलित मेष, मैक्सवेल में वोक्सिलिज़ेशन। मैं, जैसे मैक्सवेल के साथ काम करने वाले कई लोग, इस व्यवसाय को वैक्सीलाइज़ेशन कहते थे, लेकिन उपरोक्त कॉमरेड कहते हैं कि यह एक ही बात नहीं है। कृपया इस अशुद्धि को क्षमा करें।
इस मामले का आविष्कार किया गया था, ताकि दृश्य में सभी त्रिकोणों के साथ चौराहे पर हर किरण की जांच न हो। और अगर उनमें से लाखों हैं? उन सभी को चौराहे के लिए जाँचने की आवश्यकता होगी। इस मामले में, हम प्रति सेकंड एक जोड़े से अधिक गति देखने की संभावना नहीं है। और प्रत्येक नए त्रिकोण के साथ, कार्य अधिक जटिल हो जाएगा।
नकारात्मक पक्ष यह है कि बीवीएच का निर्माण हमेशा सीपीयू पर चक्रों में किया जाता है। हो सकता है कि किसी दिन, GPU पर voxelization दिखाई देगा, लेकिन अभी तक यह ऐसा नहीं है, जहां से इसकी सीमाएं हैं। उदाहरण के लिए, आपके पास दृश्य में 10 मिलियन त्रिकोण हैं, और 8 टॉप-एंड वीडियो कार्ड हैं। वे सेकंड के एक मामले में एक तस्वीर प्रस्तुत करेंगे, जबकि एक वस्तु का स्वरकरण समय एक मिनट से अधिक हो सकता है, यहां तक ​​कि एक शांत कोर i7 पर भी। यदि आप केवल कोर i7 का उपयोग करते हैं, तो यह आपको एक मिनट के बारे में उल्टी करने के लिए, और 20-30 मिनट प्रस्तुत करने के लिए ले जाएगा। इस मामले में, वोक्सलाइज़ेशन का समय महत्वपूर्ण नहीं है।
ऊपर से खींची गई कार (400k त्रिकोण) के स्वर को 14 सेकंड लगते हैं।

इंटरेक्टिव विज़ुअलाइज़ेशन (प्रीव्यू) के साथ, voxelization रेंडरिंग की शुरुआत से पहले किया जाता है, और ऑब्जेक्ट्स की ज्यामिति (वर्टिस की स्थिति, संशोधक का उपयोग) में बदलाव के साथ। और यह भी, जब आप Ctrl + Z दबाते हैं (भले ही मैंने ऐसा कुछ नहीं किया हो, मैंने शायद अभी तक ऐसा नहीं किया है)। नेविगेट करने, स्केलिंग करने, स्थान बदलने और वस्तुओं के घूमने पर बीवीएच बनाने की कोई आवश्यकता नहीं है।

जब प्रतिपादन (जो कि अंतिम एक के दौरान, F12 बटन दबाकर किया जाता है), तो सदैव voxelization किया जाता है। ऐनिमेट करते समय, आप चेकबॉक्स कैश बीवीएच पर क्लिक करके बीवीएच स्थिर वस्तुओं के निरंतर पुनर्निर्माण से बच सकते हैं।
आइए आशा करते हैं कि जल्द ही इस मुद्दे को किसी तरह वोकलाइज़ेशन प्रक्रिया को तेज करने के पक्ष में हल किया जाएगा, हो सकता है कि इस कार्य को जीपीयू में स्थानांतरित किया जाए।

OpenCL
मेरी एनवीडिया के तहत ओपनसीएलसी, सीयूडीए की तुलना में गति दोगुनी है। Ubuntu के तहत, OpenCL ब्लेंडर सिर्फ दुर्घटनाओं। Win7 के तहत, यह ओपनसीएल का उपयोग करके प्रस्तुत करता है, लेकिन रेंडरर मेरे लिए गलत दिखता है , यदि सामग्री में कई परतें होती हैं, तो उनमें से केवल एक ही दिखाया जाता है, उदाहरण के लिए, चमक या एक मैट घटक। और व्यूपोर्ट में बग बस असंगत हैं।
Radeon पर, ऐसा लगता है, इस तरह के कीड़े नहीं हैं, शायद टिप्पणियां दिखाई देंगी।

इंटरफ़ेस ब्रेक
यदि सीपीयू पर रेंडरिंग के दौरान वेब पर सर्फ करना मुश्किल नहीं है, तो पूर्ण लोड पर जीपीयू पढ़ने में सुविधाजनक है, उदाहरण के लिए, हैबर। इसके अलावा, सलाह दी जाती है कि पेज को छोटा करने की कोशिश की जाए ताकि ब्रेक से तनाव न हो।
शायद GPU पर कार्यों की प्राथमिकता को बदलने के कुछ तरीके हैं, लेकिन मैं उनके बारे में नहीं जानता।

अगर आप बहुत इंट्रेस्टेड हैं
आप इसे अभी शुरू कर सकते हैं। ऐसा करने के लिए, ब्लेंडर को डाउनलोड करें और अपने दम पर साइकिल चलाएं । GPU चुनने के लिए: फ़ाइल -> उपयोगकर्ता प्राथमिकताएं, शीर्ष पर सिस्टम टैब का चयन करें, और नीचे बाईं ओर आप रेंडरिंग के लिए मंच का चयन कर सकते हैं (CPU डिफ़ॉल्ट रूप से स्थापित है)।

विषय संबंधी राय
आज, चक्र पहले से ही विज़ुअलाइज़ेशन के लिए पर्याप्त है।
यह मुझे लगता है कि इसे विषय विज़ुअलाइज़ेशन के लिए उपयोग करना अच्छा होगा: चक्र के आधार पर आप अपना खुद का बंक्सपीड शॉट, हाइपरशॉट, कीशॉट, ऑटोडेस्क शोकेस बना सकते हैं। ताकि एक व्यक्ति जो 3 डी संपादकों के ज्ञान के लिए समर्पित नहीं है, वह मॉडल को डाउनलोड कर सकता है और एक सुंदर रेंडर में सभी पक्षों से इसकी प्रशंसा कर सकता है।
डेवलपर्स के उत्साह पर खुशी नहीं हो सकती है, क्योंकि पूरे स्रोत के रूप में खुले स्रोत समुदाय की गतिविधि है।
मैं परियोजना के आगे विकास के लिए तत्पर हूं।