网络渲染对虚拟现实艺术创作的作用

本文作者：张亭、高树清 单位：天津美术学院

虚拟现实是指采用多媒体技术为核心的现代化高科技手段创造逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互，相互影响，从而产生亲临真实环境的感受，并体验技术形式。随着虚拟现实技术的发展，虚拟现实产生的艺术作品越来越复杂。传统的单个服务器进行虚拟现实艺术作品渲染的方式已经不能很好地完成复杂渲染要求，本文通过提出建立计算机集群化网络渲染方式对渲染工作进行了改进。

一、虚拟现实艺术形式创作的特点

虚拟现实艺术形式创作就是要创造一种虚拟环境，在此虚拟环境中实现交互的效果，不管虚拟环境是现实世界本身存在的还是想象出来的。虚拟现实艺术形式创作与传统意义上的艺术形式创作相比，有以下几个特点：

1．沉浸感：是指特定环境提供的感觉通道和人获取感觉信息的广度和深度。虚拟现实艺术利用三维软件技术及交互设备的支撑，产生一种身临其境的真实感，实现逼真的艺术效果。使观众沉浸在虚拟空间中，通过与虚拟环境产生的交互作用，实现像在现实生活中一样与虚拟事物进行交流，从而更加直接地接触虚拟现实艺术形式创作所要表达的信息。

2．交互性：指人对虚拟环境内物体的可操作程度和事物之间有反馈的相互作用，凡是某一方所采取的行动、所表达的意愿或所传播的信息得到另一方的应答，这一过程就构成了交互。虚拟现实艺术形式创作把传统和现代的艺术形式结合起来，利用现代化交互技术可以让艺术作品与更多的观众进行直接的交流。

3．构想性：虚拟现实艺术形式创作可以对艺术家的想象力无限突破，不仅可以随着艺术创作改变客观存在的真实环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境，这使得艺术家可以拓展想象，打开更广阔的创作空间。虚拟现实艺术形式的创作通过虚拟现实技术的介入将会大大提升艺术作品的层次和水平。虚拟现实艺术形式创作能够生成一个能产生视、听、触等感受的动态的、交互的环境，可以满足艺术创作对表现感受的追求，它所具有的对感官世界的强大冲击力，吸引着艺术家去体验和创作。

二、建立计算机集群化网络渲染系统

1．集群化网络渲染系统的应用

作为一种新兴的艺术创作形式，同时也是对多学科的技术进行融合应用，集群化网络渲染在重视艺术创作思维的同时，要有技术上的辅助，来完成最终的艺术作品的创作。渲染(Rendering)是一种计算机图形生成技术，首先根据在计算机内建立所需场景的几何模型，附上一定的材质、纹理及色彩，再加上光源，然后根据一定的光照条件，计算并生成具有真实感效果场景图形的方式。所有利用虚拟现实艺术形式的创作，都需要对最终效果进行实时或整体的渲染，作为艺术创作过程中不可缺少的重要环节，渲染是一个在计算机中对大量数据运算的过程，对于大规模复杂场景和实时渲染成像要求，普通单机渲染远远不能达到要求，则需要建立集群化网络渲染系统。

2．集群化网络渲染系统的建立

在网络环境中，由于网络中每个节点的独立CPU和GPU渲染能力十分有限，因此采用并行集群网络渲染系统可充分利用网络资源连接，进一步提升渲染效率。集群网络渲染系统主要由渲染服务器、文件分发服务器、中央存储系统、渲染管理软件Enfuzion等组成。图1显示了渲染管理软件Enfuzion任务提交的流程。首先用户在客户端上提交任务给控制计算机，由控制计算机根据负载平于衡向不同的工作节点分发任务，同时控制计算机也要存储由工作节点产生的渲染结果，最后将渲染结果返回给用户。

3．渲染算法性能分析

表1中列出了三种常用的影视数字媒体图像尺寸，图像越大，实时传输的数据量也越大，需要的网络速率也越大，但是对于一个具体网络，其数据传输能力是一定的。表1中假设网络稳定持续的有效数据传输能力为200Mbps，这个假设是合理的，是在实际集群网络平台上充分考虑冗余之后提出的。表1根据网络承受力计算出合理的渲染复杂度门限(最低值)，就能保证在网络承载力允许的范围内，充分利用并行系统，有效提高渲染效率。假定集群网络中参与渲染运算的节点为5个。从表1可看出，图像越大，能发挥集群优势的渲染效率也相应增加。

集群化网络渲染系统是解决大规模渲染的有效途径，利用高速网络将高性能工作站或电脑通过网络相互连接起来，通过实时调用分布式存储系统，在网络渲染任务分发软件程序设计，以及可视化人机交互集成开发环境支持下，统一调度，协调处理，实现高效并行处理的集群化计算机网络渲染系统，使用现有分布在各个实验室的单机电脑，通过网络相互进行，发挥整体计算能力，其成本大大低于传统的超级计算机。建立计算机集群化网络渲染系统有节约系统整体资源、扩展性好、接入实时方便、用户操作简单等特点。渲染系统中分发软件可以使并行集群系统上各节点进行联机渲染，效率和质量都大大提高，使实时观看虚拟现实艺术创作的最终效果成为可能。

三、虚拟现实艺术与集群化网络渲染技术的关系

1．建立计算机集群化网络渲染与虚拟现实艺术创作相结合

建立计算机集群化网络渲染是一种对渲染技术的提升，可以提高虚拟现实艺术创作的效率，但单纯的依靠技术形成的复杂的环境是不会使人融入其中的效果的，对于艺术创作来说，作品不能只是单单崇尚于技术的发挥，也应该考虑到应用于实际的艺术创作，是技术与艺术相互融合。技术给人的感觉往往是理性的、冷漠的、客观的。而艺术是感性的、主观的、亲切的。艺术给人们带来了美的享受，它为我们描绘了主观美好的生活图像。技术能推动社会的发展，能帮助人们有目的创造人们需要的事物。艺术能为人们展示世界的丰富性和多样性，能为我们的世界创造主观性、个体性及情感性。在虚拟现实领域应共同发挥技术与艺术各自的优势。目前大部分虚拟现实艺术作品的实现最后要借助渲染平台进行输出服务，实现对一个虚拟环境的创造和在这种情况下完成的艺术创作交互。此过程中不论是对现实情况的虚拟还是臆断构想的模拟都需要完成与人的交流与互动，这也是计算机集群化网络渲染的建立与虚拟现实艺术创作相结合的意义。

2．集群化网络渲染解决虚拟现实艺术创作的实际需要

目前，很多艺术专业都涉及虚拟现实艺术形式的创作，比如环境艺术专业，通过设计和建造虚拟的环境可以让观众主动的去感受理解设计者的思路和观看效果；工业设计艺术专业，可以直观显示出作品整体的效果进行随时修改；视觉传达艺术专业，可以直观表现出视觉作品的呈现效果；数字媒体艺术专业，可以通过虚拟现实艺术创作的交互性，进一步使作品和观众进行互动，更好的理解创作者的思路；动画艺术专业，可以创造出虚拟的情景来进一步展现自己的作品。虚拟现实艺术是艺术的一种新的形式，集群化网络渲染技术是一种客观存在，既然虚拟现实艺术是要创造一种虚拟环境让观众去感受和体验，就必须利用相应的技术手段，作为其创作实现的方式。艺术与技术不是各自孤立的两种形态，技术与艺术的融合非常重要。在虚拟现实创造艺术作品时我们应该适当的将技术引入其中。而艺术与技术的融合正是虚拟现实艺术创作最显著的特征，集群化网络渲染可以快速、完美地把静态艺术转换成观众可以探索的动态艺术，使观众更好地欣赏与理解作者的艺术思想。同时，使艺术家在虚拟空间自由地实现自己的奇思妙想，创造出更多灵动而富想象力的艺术作品，从而带给人们新的艺术体验。

3．集群化网络渲染对虚拟现实艺术创作的辅助作用

技术和艺术之间存在很大的差异，甚至觉得技术和艺术是完全对立的两个方面，但正是因为技术与艺术之间的差异，才能共同为我们构成一个完美的世界，所以技术和艺术也是两个相互补充的个体，艺术和技术向我们共同展示了感性和理性的世界。虚拟现实艺术作为一种跨学科的艺术创作形式，作品是实现对一个虚拟环境的创造和在这种情况下完成的艺术创作的交互效果。集群化网络渲染系统的建立作为一种虚拟现实的技术手段，在艺术创作输出时提供技术上的支持，使技术在艺术创作中发挥作用。正是由于艺术创作者意识到渲染技术对虚拟现实艺术的重要辅助作用，利用技术与艺术的优势共同作用到作品创作中，从而能够获得作品的成功。艺术和技术都发挥了在虚拟现实艺术创作过程中所发现的美，在这些不同类型的美中获得不同的审美经验。合理高效地利用技术可以对艺术创作提供辅助作用。