نرم افزار رندر هایپریون دیزنی

تماشا کنید: پروسه عملکرد هایپریون در رندر

دیزنی برای تمام علاقه مندان به انیمیشن و خصوصا دنیای رندر توضیح می دهد که عملکرد هایپریون در رندر صحنه ها به چه صورت است.

برنت برلی و گروهی از استودیوی انیمیشن والت دیزنی در سال ۲۰۱۳ مقاله‌ای ارائه دادند که این گمانه را ایجاد کرد، این استودیو در حال کار روی یک رندرکننده اختصاصی برای خود است. ایده اصلی مقاله در سال ۲۰۱۱ توسط برلی مطرح شده بود و راهی جدید را برای ردیابی و پردازش پرتوهای نور در یک صحنه کامپیوتری بسیار پیچیده پیشنهاد می‌داد. هنک دریس‌کیل، ناظر فنی این انیمیشن، می‌گوید انتشار آن مقاله خیلی سر و صدایی ایجاد نکرد: «همه می‌گفتند اجرای چنین ایده‌ای عملی نیست.» روش به کار رفته در هایپریون دو تفاوت اساسی با روش‌های معمول دارد؛ نخست این‌که در این روش شعاع‌های نوری دسته‌بندی می‌شود و مهم‌تر این‌که تا پیش از این دسته‌بندی، هیچ عمل سایه‌زنی انجام نمی‌شود. با چنین تکنیکی می‌توان به‌طور مؤثر از حافظه و توان پردازشی استفاده کرد. در رندرکننده‌های دیگر که از حافظه‌کش استفاده نمی‌کنند، به‌منظور جبران محدودیت‌های سخت‌افزاری در رندر صحنه‌های پیچیده، سطح تعامل نور را با محیط و سایه‌ها کاهش می‌دهند. هایپریون در نقطه مقابل چنین روشی عمل می‌کند و امکان تعامل گسترده نور و سایه‌زنی‌های پیچیده را در یک ژئومتری بسیار وسیع در اختیار قرار می‌دهد.

مبنای رندر تصاویر در این روش، شیوه‌ای جدید از تکنیک نورپردازی سراسری است. به گمان دریس‌کیل روشی که امکان محاسبه ده میلیارد و پانصد میلیون شعاع نوری را در هر فریم فراهم کرد. ایده کلی استفاده شده در این رندرکننده فوق‌العاده قدرتمند است. پرتوهای نور بر اساس این‌ بسته‌بندی می‌شوند که به کدام بخش از صحنه فرستاده می‌شوند: «ما فکر می‌کردیم این ایده ارزش امتحان کردن دارد.»

روش معمول در سایر رندرکننده‌های مبتنی بر نورپردازی سراسری و ری تریسینگ این است که بعد از بارگذاری صحنه، شعاع‌های نوری به سمت اشیای داخل صحنه فرستاده می‌شود. هر پرتو بعد از برخورد با شیء براساس جنس آن شی به نوبه خود به پرتوهای دیگری تقسیم و در جهات مختلف منتشر می‌شود و این پرتوها هم بسته به این‌که به چه شیئی برخورد می‌کنند، پرتوهای دیگری ایجاد می‌کنند و این فرآیند به‌طور مداوم تکرار می‌شود. به ‌این ترتیب، حجم زیادی از پرتوها به‌طور مستقیم و غیرمستقیم در صحنه ایجاد می‌شوند که کار محاسبات مربوط به نورپردازی صحنه را بسیار دشوار می‌کند و در نتیجه برای محاسبه همه برخوردها، حجم زیادی از حافظه توسط این رندرکننده‌ها مصرف می‌شود.

 برای حل این مشکل، در رندرکننده هایپریون از ایده «بسته‌بندی پرتوها» کمک گرفته شده است. لازم به یادآوری است که یک فرآیند رندر را می‌توان به دو گام اساسی تقسیم کرد. نخست فرستادن پرتوهایی به سمت صحنه و بعد، محاسبه رفتار این پرتوها پس از برخورد با عناصر موجود در صحنه است. با بسته‌بندی کردن پرتوهایی که قرار است در جهات تقریباً مشابهی در صحنه فرستاده شوند، می‌توان به‌طور ساده‌تری رفتار آن‌ها را محاسبه کرد. در هایپریون کار با ارسال پرتوهای نور از دوربین آغاز می‌شود. چند صد میلیون پرتو در بسته‌هایی متشکل از ۳۳ میلیون پرتو بسته‌بندی می‌شوند و هر بسته نوری به سوی یک بخش خاص تصویر می‌روند. رندرکننده برخوردهای حاصل از این بسته نوری را ثبت می‌کند و سپس به سایه‌زنی می‌پردازد. بنابراین، همه نورهایی که به‌طور مثال به یک صندلی می‌رسند، به‌طور هم‌زمان پردازش می‌شوند. در نتیجه، فرآیند سایه‌زنی در هر مرحله پرتوهای جدیدی ایجاد می‌شود و به‌جز در حالتی که شی مورد نظر منبع نور باشد، در بقیه موارد نورها بار دیگر بازگشت داده می‌شود.

هندریکسون این فرآیند را چنین توضیح می‌دهد: «هایپریون رفتار پرتوهای نور در دنیای واقعی را در کامپیوتر مدل‌سازی می‌کند. وقتی پرتوهای نور در یک اتاق پخش می‌شوند، پس از برخورد با اشیای مختلف به جهاتی پراکنده می‌شوند. اگر به یک جسم برخورد کند، به صدها پرتو با انرژی‌های کم‌تر می‌شکند. این روند برخورد و بازتاب به‌طور مداوم تکرار می‌شود. هایپریون قادر است این فرآیندها را به‌خوبی سازماندهی و آن‌ها را طوری دسته‌بندی کند که برای یک کامپیوتر به‌سادگی قابل درک باشد. از این طریق به‌طور بهینه از مخزن‌ها و حافظه استفاده می‌شود. وقتی این کار را انجام دادیم، متوجه شدیم که می‌توانیم بیش از پیش از توان محاسباتی کامپیوتر استفاده کنیم.»

منبع: CGMeetUp S-Mag