论文部分内容阅读
摘 要 论述如何保证每一台学生和教师使用设备的CPU和显卡等采用较好的硬件配置，使其能够单独胜任以较高的速度完成三维动漫制作实训的全过程，而且能够通过网络同时使用多台学生机和教师机的CPU或GPU进行分布式渲染，大幅度地提高后期的最终渲染速度，快速完成大、中型设计项目的后期CPU或GPU渲染和修改任务。
关键词 职业教育；三维动漫实训教学；动漫设备配置；渲染
中图分类号：G482 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）17-0131-03
1 引言
动漫设备配置好坏影响三维动漫制作效果的环节和存在的问题是：在制作前期，用三维软件创建较复杂的模型时速度变慢、显示不正常；在制作中期材质球显示缓慢，调整材质和灯光效果、预渲染速度缓慢、耗时长；大、中型项目后期渲染制作时速度非常慢且时间很长。因此，修改和调整图像效果耗时且困难，时间紧的设计项目很难保证质量和时间。
近几年国家不断加大对职业教育尤其是三维动漫的投入。而计算机设备更新快，图形制作设备的技术含量高、价格昂贵，以前的旧设备多数不是专业图形设备，所以不能用或不好用。在有限的资金条件下，如何正确、合理地使用这些资金为三维动漫实训教学添置设备，成为许多学校在采购中犯难的问题。有些从事三维设计的公司和个人在采购图形制作设备时也遇到相似的问题。如何解决这些问题呢？
2 问题解决
根据实际调查，大体可以分成以下三类配置方式。
1）有人主张将钱主要花在购置高性能的CPU上，某个学校花了200万购置25台配有八核至强CPU的刀片服务器，分别安装在五个大机柜中做成一个CPU渲染农场。其好处是后期渲染速度慢的问题较好地解决了；缺点是不能用来高速完成前期、中期的三维制作任务，使用Adobe Premiere、AE做后期编辑，在学习的过程中执行小型任务渲染时用它太浪费，除了执行中、大型任务渲染任务外，教师和学生都不能使用它，使用率不高。因为资金被占用，教师和学生只能使用配置不高的普通家用电脑来备课和上课。
2）有人主张将钱主要花在显卡上，配置高、中端的专业级显卡，使用普通双核CPU。这样一来，三维制作的前期、中期速度还满意，但是做后期动画渲染、使用Adobe Premiere、AE做后期编辑速度太慢，无法接受。
3）对上面的电脑设备配置优缺点进行总结和研究，查阅大量相关的资料并作了市场调查，通过综合考量，最后经过公共交易平台公开招标，使用资金53万元，计划对学校新添置的电脑设备采用如下配置。
①学生机：28台HP620。
操作系统：Ubuntu 12.04 Linux
CPU：E5-1650 v2（六核HT，3.5 GHz Turbo，12 MB）十二线程
主板芯片：英特尔C602
内存：四通道16 GB（4 GB×4）1866 MHz DDR3 ECC RDIMM
硬盘：2 TB 3.5 inch Serial ATA（7200 rpm）
显卡：NVIDIA Quadro K4000；芯片型号NVIDIA Quadro FX4000；核心位宽256 bit；显卡接口标准支持PCI Express 2.0；输出接口1×DVI-I接口，2×Display Port接口；显存容量3 GB；显存类型DDR 5；显存位宽192 bit；显存封装Micro BGA/FBGA；流处理器数量768个；3D API支持DirectX 11；支持MAX分辨率2560×1600；散热描述散热风扇；其他性能卡型4.376×9.5，单槽宽度，最大功耗80 W
显示器：与主机同一品牌24英寸宽屏LED背光显示器；16：10，分辨率1920×1200高清分辨率；IPS（平面转换），3H硬化涂层防眩光；对比度：1000：1（典型值），2 000 000：
1（动态）；响应时间：8毫秒（灰阶到灰阶）；像素间距：0.27毫米；可调节高度的支架，可倾斜、可侧转、可沿枢轴转动；自带1个支持HDCP的数字视频接口（DVI-D），1个Display Port（DP）接口，1个视频图形阵列（VGA）接口；1个USB 2.0上行端口，4个USB 2.0下行端口
音频/音响：集成式Realtek ALC269Q高保真音频
网络：集成英特尔82579千兆以太网控制器，支持远程唤醒、PXE和巨型帧
远程连接：Tera2 PCoIP?
端口：前置3个USB2.0端口，1个USB 3.0端口，1个麦克风端口，1个耳机端口，19合1介质卡读卡器（可选）；内置3个USB 2.0端口，2个SATA 6 Gb/s端口，2个SATA 3 Gb/s端口，2个SATA 6 Gb/s端口；背面3个USB 2.0端口，3个USB 3.0端口，2个PS2端口，1个串行端口，1个RJ45端口，1个1394a 400端口（通过附加卡可选）
键盘鼠标：标准键盘，激光六键鼠标
电源：1个能效高达90%电源，800 W（220 V），电源自带诊断灯
②教师机：1台HP820。
操作系统：Windows? 7 Ultimate（64位）
CPU：E5 2650 v2（八核HT，2.6 GHz Turbo，20 MB）十六线程
内存：四通道32 G内存（8 G×4）1866 MHz DDR3 ECC RDIMM
显卡：2块NVIDIA Quadro K6000；芯片型号Quadro K6000；显卡接口支持PCI Express 3.0；输出接口DVI-I DL DVI-D DL 2×DP1.2 Stereo；显存容量12 GB；显存类型DDR 5；显存位宽384 bit；流处理器数量2880个；最大DP1.2分辨率4096×2160 60 Hz，最大DVI-I DL分辨率2560×1600 60 Hz，最大DVI-I SL分辨率1920×1200 60 Hz，最大VGA分辨率2048×1536 85 Hz；图像应用程序接口shade model 5.0，OpenGL 4.3，DirectX11；计算机应用程序接口CUDA，Direct compute，Open CL；散热描述超静音主动散热；最大功耗225 W；支持SLI；最多支持3个功率最高675 W（显卡总功率）的第2代或第3代PCI Express? x16显卡 硬盘：1块256 G Serial ATA固态硬盘 1块3 TB Serial ATA（7200 rpm）硬盘；最高可配8个2.5英寸SATA或SAS驱动器；可选350 GB PCI-E固态硬盘
光驱：16x DVD /-RW
电源：电源自带诊断灯，1个能效高达90%电源，1100 W（220 V）
其余配置与学生机相同。
③移动工作站1台。
CPU：i7-4930MX处理器（四核，8 M缓存，3.0 GHz，含HD显卡4600）
主板芯片：英特尔? QM87高速移动芯片组
内存：16 GB（4 GB×4），1866 MHz内存
显卡：NVIDIA Quadro K5100M T 8 GB GDDR5
屏幕：17.3英寸全高清（1920×1080），Ultra Sharp?多点触控，LED背光，十指同时触控，完美面板保证
硬盘：1个256 GB 2.5 inch SATA固态硬盘；1个750 GB 2.5 inch SATA（7200 rpm）硬盘
光驱：吸入式8X R W刻录机
音频、摄像头：两个集成高品质扬声器和两个集成除噪数字阵列麦克风；Waves Maxx Audio? Pro高级音频增强工具套件；集成光敏高清视频网络摄像头
网络：集成英特尔82579M/V 10/100/1000千兆以太网；英特尔迅驰?Ultimate-N 6300 3×3；蓝牙：蓝牙? 4.0
端口：1个锁插槽，1个VGA接口，4个USB 3.0，1个RJ-45，1个Display Port，1个eSATA/USB 2.0，1个无线开关，1个麦克风接口，1个HDMI接口1.4，1个耳机接口，1个9合1介质卡读卡器，1个智能卡读卡器，1个54毫米Express Card插槽
外形及构造：材质采用铝镁合金，MIL-STD-810G环境认证，双散热风扇
读卡器：基础智能卡读卡器
学生机配置为NVIDIA Quadro K4000高端专业显卡，保证前期和中期有较高的制作速度；选择NVIDIA Quadro K系列显卡是因为它支持NVIDIA Maximus?技术，以后增加NVIDIA Tesla? GPUs加速卡后可获得更高效能运算威力。既提高GPU进行预渲染或渲染速度，还能以较快的速度单独完成中、小型设计项目的后期渲染和修改任务，使用Adobe Premiere、AE做后期编辑。
CPU为主频3.5 GHz Turbo的Inter至强六核十二线程，主频高，支持英特尔睿频加速技术，标志着可以自动超频，核心多且支持超线程技术，可以保证后期使用CPU渲染获得较快的速度（有些渲染器如VRAY目前仅支持CPU进行产品级渲染），有较高的性价比。若通过网络使用多台学生机的CPU或GPU进行分布式渲染，可进一步大幅度地提高最终渲染速度，快速完成大、中型设计项目的后期渲染和修改任务。
同理，教师机的配置既能保证前期和中期有更高的制作速度，还能以更快的速度单独完成中、小型设计项目的后期渲染修改，使用Adobe Premiere、AE做后期编辑，完成相关教学演示任务。通过网络也可以作大、中型三维制作项目的后期分布式渲染的客户端或服务端。之所以没有采用NVIDIA Maximus?技术来提高GPU渲染速度，是因为k5000或k5000以上的显卡都支持SLI技术，采用双显卡配置，这样既可使GPU预演染或渲染速度叠加，还可分开使用，使两台电脑同时具有较高的GPU渲染速度，比采用NVIDIA Maximus?技术配置更灵活多变。
类似地，移动工作站能保证前期和中期有较高的制作速度，同时也能以较快的速度单独完成中、小型设计项目后期CPU或GPU渲染和修改以及相关教学演示任务，同时可以方便携带用于备课和交流。
三维动漫制作实训的全过程包括：前期创建模型、灯光、摄像机、赋材质等，中期的实时预渲染或产品级渲染，调整灯光、摄像机、材质，渲染器参数和总体渲染效果，后期完成大、中、小项目的最终产品级渲染。
经过观察分析不难发现：前面第一种配置方式，无法保证高速、高效地完成前期和中期的工作，只能保证高速完成大、中型项目后期CPU渲染工作；而第二种配置方式，可以保证高速、高效地完成前期和中期的工作，却不能保证高速完成中、小型项目的后期CPU渲染工作；只有第三种配置方案才能同时满足高速、高效地完成前期和中期的工作，保证高速完成大、中型项目后期的CPU或GPU渲染工作，还兼顾学生和教师的不同需求，真正做到既节省资金，又提高使用效率，既支持传统的CPU产品级渲染，也支持更有发展潜力的GPU产品级渲染或者CPU和GPU混合渲染。
3 结论
1）尽可能保证每一台学生和教师使用设备的CPU和显卡等采用较好的硬件配置，使其能够单独胜任以较高的速度完成三维动漫制作实训的全过程。然后，通过网络同时使用多台学生机和教师机的CPU或GPU进行分布式渲染，大幅度提高后期的最终渲染速度，快速完成大、中型设计项目的后期CPU或GPU动画渲染和修改任务，使用功能强大的GPU配合Adobe Premiere、AE软件做后期编辑。
2）要使配置的三维动漫实训设备达到较好的使用效果，除了需要必要的资金保障外，想要真正合理地配置三维动漫实训设备，必须根据学校现有设备的具体情况、资金的数量、三维动漫实训和与它相关教学、设计的具体需求和市场上电脑硬件的发展状况、价格等因素综合地考量，随着时间的推移不断地做出调整，使设备配置在目前保持较高的性价比，才能做出好的最终配置方案，避免资金浪费和使用效率低的情况出现。
3）当个人或设计公司在采购图形制作设备遇到相似的问题时，也可以借鉴以上解决方式。
参考文献
[1]图形渲染是CPU重要还是显卡重要[EB/OL].[2012-02-01].http：//wenku.baidu.com.
关键词 职业教育；三维动漫实训教学；动漫设备配置；渲染
中图分类号：G482 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2014）17-0131-03
1 引言
动漫设备配置好坏影响三维动漫制作效果的环节和存在的问题是：在制作前期，用三维软件创建较复杂的模型时速度变慢、显示不正常；在制作中期材质球显示缓慢，调整材质和灯光效果、预渲染速度缓慢、耗时长；大、中型项目后期渲染制作时速度非常慢且时间很长。因此，修改和调整图像效果耗时且困难，时间紧的设计项目很难保证质量和时间。
近几年国家不断加大对职业教育尤其是三维动漫的投入。而计算机设备更新快，图形制作设备的技术含量高、价格昂贵，以前的旧设备多数不是专业图形设备，所以不能用或不好用。在有限的资金条件下，如何正确、合理地使用这些资金为三维动漫实训教学添置设备，成为许多学校在采购中犯难的问题。有些从事三维设计的公司和个人在采购图形制作设备时也遇到相似的问题。如何解决这些问题呢？
2 问题解决
根据实际调查，大体可以分成以下三类配置方式。
1）有人主张将钱主要花在购置高性能的CPU上，某个学校花了200万购置25台配有八核至强CPU的刀片服务器，分别安装在五个大机柜中做成一个CPU渲染农场。其好处是后期渲染速度慢的问题较好地解决了；缺点是不能用来高速完成前期、中期的三维制作任务，使用Adobe Premiere、AE做后期编辑，在学习的过程中执行小型任务渲染时用它太浪费，除了执行中、大型任务渲染任务外，教师和学生都不能使用它，使用率不高。因为资金被占用，教师和学生只能使用配置不高的普通家用电脑来备课和上课。
2）有人主张将钱主要花在显卡上，配置高、中端的专业级显卡，使用普通双核CPU。这样一来，三维制作的前期、中期速度还满意，但是做后期动画渲染、使用Adobe Premiere、AE做后期编辑速度太慢，无法接受。
3）对上面的电脑设备配置优缺点进行总结和研究，查阅大量相关的资料并作了市场调查，通过综合考量，最后经过公共交易平台公开招标，使用资金53万元，计划对学校新添置的电脑设备采用如下配置。
①学生机：28台HP620。
操作系统：Ubuntu 12.04 Linux
CPU：E5-1650 v2（六核HT，3.5 GHz Turbo，12 MB）十二线程
主板芯片：英特尔C602
内存：四通道16 GB（4 GB×4）1866 MHz DDR3 ECC RDIMM
硬盘：2 TB 3.5 inch Serial ATA（7200 rpm）
显卡：NVIDIA Quadro K4000；芯片型号NVIDIA Quadro FX4000；核心位宽256 bit；显卡接口标准支持PCI Express 2.0；输出接口1×DVI-I接口，2×Display Port接口；显存容量3 GB；显存类型DDR 5；显存位宽192 bit；显存封装Micro BGA/FBGA；流处理器数量768个；3D API支持DirectX 11；支持MAX分辨率2560×1600；散热描述散热风扇；其他性能卡型4.376×9.5，单槽宽度，最大功耗80 W
显示器：与主机同一品牌24英寸宽屏LED背光显示器；16：10，分辨率1920×1200高清分辨率；IPS（平面转换），3H硬化涂层防眩光；对比度：1000：1（典型值），2 000 000：
1（动态）；响应时间：8毫秒（灰阶到灰阶）；像素间距：0.27毫米；可调节高度的支架，可倾斜、可侧转、可沿枢轴转动；自带1个支持HDCP的数字视频接口（DVI-D），1个Display Port（DP）接口，1个视频图形阵列（VGA）接口；1个USB 2.0上行端口，4个USB 2.0下行端口
音频/音响：集成式Realtek ALC269Q高保真音频
网络：集成英特尔82579千兆以太网控制器，支持远程唤醒、PXE和巨型帧
远程连接：Tera2 PCoIP?
端口：前置3个USB2.0端口，1个USB 3.0端口，1个麦克风端口，1个耳机端口，19合1介质卡读卡器（可选）；内置3个USB 2.0端口，2个SATA 6 Gb/s端口，2个SATA 3 Gb/s端口，2个SATA 6 Gb/s端口；背面3个USB 2.0端口，3个USB 3.0端口，2个PS2端口，1个串行端口，1个RJ45端口，1个1394a 400端口（通过附加卡可选）
键盘鼠标：标准键盘，激光六键鼠标
电源：1个能效高达90%电源，800 W（220 V），电源自带诊断灯
②教师机：1台HP820。
操作系统：Windows? 7 Ultimate（64位）
CPU：E5 2650 v2（八核HT，2.6 GHz Turbo，20 MB）十六线程
内存：四通道32 G内存（8 G×4）1866 MHz DDR3 ECC RDIMM
显卡：2块NVIDIA Quadro K6000；芯片型号Quadro K6000；显卡接口支持PCI Express 3.0；输出接口DVI-I DL DVI-D DL 2×DP1.2 Stereo；显存容量12 GB；显存类型DDR 5；显存位宽384 bit；流处理器数量2880个；最大DP1.2分辨率4096×2160 60 Hz，最大DVI-I DL分辨率2560×1600 60 Hz，最大DVI-I SL分辨率1920×1200 60 Hz，最大VGA分辨率2048×1536 85 Hz；图像应用程序接口shade model 5.0，OpenGL 4.3，DirectX11；计算机应用程序接口CUDA，Direct compute，Open CL；散热描述超静音主动散热；最大功耗225 W；支持SLI；最多支持3个功率最高675 W（显卡总功率）的第2代或第3代PCI Express? x16显卡 硬盘：1块256 G Serial ATA固态硬盘 1块3 TB Serial ATA（7200 rpm）硬盘；最高可配8个2.5英寸SATA或SAS驱动器；可选350 GB PCI-E固态硬盘
光驱：16x DVD /-RW
电源：电源自带诊断灯，1个能效高达90%电源，1100 W（220 V）
其余配置与学生机相同。
③移动工作站1台。
CPU：i7-4930MX处理器（四核，8 M缓存，3.0 GHz，含HD显卡4600）
主板芯片：英特尔? QM87高速移动芯片组
内存：16 GB（4 GB×4），1866 MHz内存
显卡：NVIDIA Quadro K5100M T 8 GB GDDR5
屏幕：17.3英寸全高清（1920×1080），Ultra Sharp?多点触控，LED背光，十指同时触控，完美面板保证
硬盘：1个256 GB 2.5 inch SATA固态硬盘；1个750 GB 2.5 inch SATA（7200 rpm）硬盘
光驱：吸入式8X R W刻录机
音频、摄像头：两个集成高品质扬声器和两个集成除噪数字阵列麦克风；Waves Maxx Audio? Pro高级音频增强工具套件；集成光敏高清视频网络摄像头
网络：集成英特尔82579M/V 10/100/1000千兆以太网；英特尔迅驰?Ultimate-N 6300 3×3；蓝牙：蓝牙? 4.0
端口：1个锁插槽，1个VGA接口，4个USB 3.0，1个RJ-45，1个Display Port，1个eSATA/USB 2.0，1个无线开关，1个麦克风接口，1个HDMI接口1.4，1个耳机接口，1个9合1介质卡读卡器，1个智能卡读卡器，1个54毫米Express Card插槽
外形及构造：材质采用铝镁合金，MIL-STD-810G环境认证，双散热风扇
读卡器：基础智能卡读卡器
学生机配置为NVIDIA Quadro K4000高端专业显卡，保证前期和中期有较高的制作速度；选择NVIDIA Quadro K系列显卡是因为它支持NVIDIA Maximus?技术，以后增加NVIDIA Tesla? GPUs加速卡后可获得更高效能运算威力。既提高GPU进行预渲染或渲染速度，还能以较快的速度单独完成中、小型设计项目的后期渲染和修改任务，使用Adobe Premiere、AE做后期编辑。
CPU为主频3.5 GHz Turbo的Inter至强六核十二线程，主频高，支持英特尔睿频加速技术，标志着可以自动超频，核心多且支持超线程技术，可以保证后期使用CPU渲染获得较快的速度（有些渲染器如VRAY目前仅支持CPU进行产品级渲染），有较高的性价比。若通过网络使用多台学生机的CPU或GPU进行分布式渲染，可进一步大幅度地提高最终渲染速度，快速完成大、中型设计项目的后期渲染和修改任务。
同理，教师机的配置既能保证前期和中期有更高的制作速度，还能以更快的速度单独完成中、小型设计项目的后期渲染修改，使用Adobe Premiere、AE做后期编辑，完成相关教学演示任务。通过网络也可以作大、中型三维制作项目的后期分布式渲染的客户端或服务端。之所以没有采用NVIDIA Maximus?技术来提高GPU渲染速度，是因为k5000或k5000以上的显卡都支持SLI技术，采用双显卡配置，这样既可使GPU预演染或渲染速度叠加，还可分开使用，使两台电脑同时具有较高的GPU渲染速度，比采用NVIDIA Maximus?技术配置更灵活多变。
类似地，移动工作站能保证前期和中期有较高的制作速度，同时也能以较快的速度单独完成中、小型设计项目后期CPU或GPU渲染和修改以及相关教学演示任务，同时可以方便携带用于备课和交流。
三维动漫制作实训的全过程包括：前期创建模型、灯光、摄像机、赋材质等，中期的实时预渲染或产品级渲染，调整灯光、摄像机、材质，渲染器参数和总体渲染效果，后期完成大、中、小项目的最终产品级渲染。
经过观察分析不难发现：前面第一种配置方式，无法保证高速、高效地完成前期和中期的工作，只能保证高速完成大、中型项目后期CPU渲染工作；而第二种配置方式，可以保证高速、高效地完成前期和中期的工作，却不能保证高速完成中、小型项目的后期CPU渲染工作；只有第三种配置方案才能同时满足高速、高效地完成前期和中期的工作，保证高速完成大、中型项目后期的CPU或GPU渲染工作，还兼顾学生和教师的不同需求，真正做到既节省资金，又提高使用效率，既支持传统的CPU产品级渲染，也支持更有发展潜力的GPU产品级渲染或者CPU和GPU混合渲染。
3 结论
1）尽可能保证每一台学生和教师使用设备的CPU和显卡等采用较好的硬件配置，使其能够单独胜任以较高的速度完成三维动漫制作实训的全过程。然后，通过网络同时使用多台学生机和教师机的CPU或GPU进行分布式渲染，大幅度提高后期的最终渲染速度，快速完成大、中型设计项目的后期CPU或GPU动画渲染和修改任务，使用功能强大的GPU配合Adobe Premiere、AE软件做后期编辑。
2）要使配置的三维动漫实训设备达到较好的使用效果，除了需要必要的资金保障外，想要真正合理地配置三维动漫实训设备，必须根据学校现有设备的具体情况、资金的数量、三维动漫实训和与它相关教学、设计的具体需求和市场上电脑硬件的发展状况、价格等因素综合地考量，随着时间的推移不断地做出调整，使设备配置在目前保持较高的性价比，才能做出好的最终配置方案，避免资金浪费和使用效率低的情况出现。
3）当个人或设计公司在采购图形制作设备遇到相似的问题时，也可以借鉴以上解决方式。
参考文献
[1]图形渲染是CPU重要还是显卡重要[EB/OL].[2012-02-01].http：//wenku.baidu.com.