一种基于计算机的云渲染系统及方法

技术领域

本发明属于渲染技术领域，具体为一种基于计算机的云渲染系统及方法。

背景技术

渲染，是CG的最后一道工序，也是最终使图像符合的3D场景的阶段，英文为Render，也有的把它称为着色，但一般把Shade称为着色，把Render称为渲染，因为Render和Shade这两个词在三维软件中是截然不同的两个概念，虽然它们的功能很相似，但却有不同，Shade是一种显示方案，一般出现在三维软件的主要窗口中，和三维模型的线框图一样起到辅助观察模型的作用，很明显，着色模式比线框模式更容易让我们理解模型的结构，但它只是简单的显示而已，数字图像中把它称为明暗着色法，在像Maya这样的高级三维软件中，还可以用Shade显示出简单的灯光效果、阴影效果和表面纹理效果，当然，高质量的着色效果是需要专业三维图形显示卡来支持的，它可以加速和优化三维图形的显示。但无论怎样优化，它都无法把显示出来的三维图形变成高质量的图像，这是因为Shade采用的是一种实时显示技术，硬件的速度限制它无法实时地反馈出场景中的反射、折射等光线追踪效果。而现实工作中我们往往要把模型或者场景输出成图像文件、视频信号或者电影胶片，这就必须经过Render程序，市面上一般的渲染方式渲染效率普遍较低，渲染的图像质量不高，对此，我们提出了一种基于计算机的云渲染系统及方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于计算机的云渲染系统及方法，以解决以上技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于计算机的云渲染系统，包括客户端、云端服务器集群、渲染引擎、渲染算法、任务管理模块与反馈模块。

优先地，所述客户端的内部包括云渲染客户端，用户通过登录云渲染客户端来进行云渲染的操作，并接收到渲染任务将其发送至云端服务器集群内。

优先地，所述云端服务器集群是由若干台服务器组成的，并接收到渲染任务，对指令的执行，所述云端服务器集群在同一局域网中相互连接。

优先地，所述渲染引擎用以将渲染任务分配给不同的服务器进行渲染处理，渲染引擎采用Eevee为插件进行渲染使用，对光线进行追踪与阴影处理。

优先地，所述渲染算法包括光线追踪算法、光栅化算法、辐射传输算法、形状插值算法与体积渲染算法；

光线追踪算法

光线追踪算法模拟了光线与物体的相互作用过程，通过追踪光线从摄像机发出，与场景中的物体相交并进行反射、折射和吸收等计算，最终生成逼真的图像；

光栅化算法

光栅化算法将三维模型映射到二维屏幕上，并对每个像素进行计算，常见的光栅化算法包括扫描线算法、边缘标记算法和Z缓冲算法等，用于计算像素的颜色、深度和纹理等属性；

辐射传输算法

辐射传输算法用于模拟非常逼真的光照效果。它基于能量传输的概念，计算光线在场景中的传播和局部反射，以实现真实世界中的光照效果；

形状插值算法

形状插值算法用于实现对象的形状变化和动画，它通过在不同形态之间进行插值计算，生成中间形态的过渡或动画效果；

体积渲染算法

体积渲染算法用于处理包含密集数据的三维体积数据集，例如医学图像、CT扫描和天体物理学数据等，它通过模拟光线在三维体积中的传播和相互作用过程，生成逼真的体积图像。

优先地，所述任务管理模块用以管理优先级调度与故障处理，来保证渲染任务的可靠性。

优先地，所述反馈模块将云渲染完成后的画面实时反馈至用户客户端内部，所述反馈模块利用部分输出信号反馈至客户端处，与输入信号相互混合形成反馈信号。

一种基于计算机的云渲染的方法，渲染步骤包括：

S1：打开客户端，输入账号与密码，登录进入云渲染客户端；

S2：在客户端内设置好相对应的渲染参数，点击确定，上传数据进行渲染操作；

S3：云端服务器集群对设定好的参数指令进行接收；

S4：通过渲染引擎与渲染算法的计算分析，来进行实时的渲染操作，并实时的显示出渲染的进度；

S5：渲染完成后通过任务管理模块来保证渲染任务，并通过反馈模块反馈传回到本地，完成云渲染任务。

优先地，S2步骤中设置的渲染参数数据包括有：渲染相机、分辨率、全景模式、光子模式、渲染速度、光子比例、出图格式与渲染元素。

优先地，首次渲染时，选择48线程提交任务，光子比例选择1:1，点击提交任务即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本申请通过设置的云渲染方式，并行处理和分布式架构，大大提高了渲染效率，采用创新的渲染算法，提供更真实、逼真的图像效果，系统能够根据渲染任务的需求，动态调整服务器资源，以实现弹性伸缩，通过任务管理和故障处理模块，确保渲染任务的可靠完成，提供易于使用的用户界面，使用户可以方便地提交和管理渲染任务，带来更好的使用前景。

附图说明

图1为本发明云系统框架图；

图2为本发明云系统操作步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：一种基于计算机的云渲染系统，包括客户端、云端服务器集群、渲染引擎、渲染算法、任务管理模块与反馈模块。

进一步的，客户端的内部包括云渲染客户端，用户通过登录云渲染客户端来进行云渲染的操作，并接收到渲染任务将其发送至云端服务器集群内；

云渲染客户端通过网页形式进行下载并安装在用户计算机内，并注册好用户的相关账号信息，登录即可，打开需要渲染的场景文件。

进一步的，云端服务器集群是由若干台服务器组成的，并接收到渲染任务，对指令的执行，云端服务器集群在同一局域网中相互连接；

服务器群集是指为同一服务对多个服务器进行群集，在客户端看来，它似乎只是一台服务器，一个群集可以使用多台计算机进行并行计算，以实现较高的计算速度，还可以使用多台计算机进行备份，让任何一台机器出现故障都可以使整个系统正常运行；

如果服务器正在运行群集服务，但在群集中找不到其他节点，则可以自行配置群集，要形成群集，节点必须能够获得对仲裁资源的独占访问权限，

当群集最初形成时，群集中的第一个节点将包含群集配置数据库，每当新节点加入群集时，新节点都会在本地检索并维护群集配置数据库的副本，仲裁资源将配置数据库的最新版本保存为恢复日志；确保只有一组与活动节点通信的节点才能配置群集，仅当节点可以控制仲裁资源时才允许配置群集，只有当节点可以与控制仲裁资源的节点通信时，才允许加入或保留现有群集。

进一步的，渲染引擎用以将渲染任务分配给不同的服务器进行渲染处理，渲染引擎采用Eevee为插件进行渲染使用，对光线进行追踪与阴影处理；

Eevee渲染的速度极快，原因是Eevee是实时渲染引擎，可用于快速生成结果；

Eeveee是Blender的默认渲染引擎，这意味着可以在渲染视图中查看场景，并在视口中直接查看最终渲染结果的实时显示；

Eevee使用的是与第二个嵌入式渲染引擎兼容的基于节点的系统中的PBR材质，称为Cycles in Blender，但有一些不同，没有其他渲染引擎可以共享与Eevee和Cycles相同的着色器系统；

因为Eevee是实时构建的，所以它不是光线跟踪渲染引擎，相反，光栅化渲染器使用多个快捷方式提供真实外观，这是一种完全不同的渲染方法，以适应帧分发的速度；

虽然Eevee仍然可以生成非常逼真的渲染，它的优点是，渲染时间减少到了可以在强大的桌面上管理的级别，而不需要几天或几周。

进一步的，渲染算法包括光线追踪算法、光栅化算法、辐射传输算法、形状插值算法与体积渲染算法；

光线追踪算法

光线追踪算法模拟了光线与物体的相互作用过程，通过追踪光线从摄像机发出，与场景中的物体相交并进行反射、折射和吸收等计算，最终生成逼真的图像；

光栅化算法

光栅化算法将三维模型映射到二维屏幕上，并对每个像素进行计算，常见的光栅化算法包括扫描线算法、边缘标记算法和Z缓冲算法等，用于计算像素的颜色、深度和纹理等属性；

辐射传输算法

辐射传输算法用于模拟非常逼真的光照效果。它基于能量传输的概念，计算光线在场景中的传播和局部反射，以实现真实世界中的光照效果；

形状插值算法

形状插值算法用于实现对象的形状变化和动画，它通过在不同形态之间进行插值计算，生成中间形态的过渡或动画效果；

体积渲染算法

体积渲染算法用于处理包含密集数据的三维体积数据集，例如医学图像、CT扫描和天体物理学数据等，它通过模拟光线在三维体积中的传播和相互作用过程，生成逼真的体积图像。

进一步的，任务管理模块用以管理优先级调度与故障处理，来保证渲染任务的可靠性。

进一步的，反馈模块将云渲染完成后的画面实时反馈至用户客户端内部，反馈模块利用部分输出信号反馈至客户端处，与输入信号相互混合形成反馈信号。

一种基于计算机的云渲染的方法，渲染步骤包括：

S1：打开客户端，输入账号与密码，登录进入云渲染客户端；

S2：在客户端内设置好相对应的渲染参数，点击确定，上传数据进行渲染操作；

S3：云端服务器集群对设定好的参数指令进行接收；

S4：通过渲染引擎与渲染算法的计算分析，来进行实时的渲染操作，并实时的显示出渲染的进度；

S5：渲染完成后通过任务管理模块来保证渲染任务，并通过反馈模块反馈传回到本地，完成云渲染任务。

进一步的，S2步骤中设置的渲染参数数据包括有：渲染相机、分辨率、全景模式、光子模式、渲染速度、光子比例、出图格式与渲染元素。

进一步的，首次渲染时，选择48线程提交任务，光子比例选择1:1，点击提交任务即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。