arnold渲染器

Arnold渲染器是基於物理演演算法的電影級別渲染引擎，由SolidAngleSL開發。正在被越來越多的好萊塢電影公司以及工作室作為首席渲染器使用。

Arnold是一款高級的、跨平台的渲染API。與傳統用於CG動畫的scanline（掃描線）渲染器（Renderman）不同，Arnold是照片真實、基於物理的光線追蹤渲染器。

Arnold使用前沿的演演算法，充分利用包括內存、磁碟空間、多核心、多線程、SSE等在內的硬體資源。

Arnold的設計構架能很容易地融入現有的製作流程。它建立在可插接的節點系統之上，用戶可以通過編寫新的shader、攝像機、濾鏡、輸出節點、程序化模型、光線類型以及用戶定義的的幾何數據來擴展和定製系統。Arnold構架的目標就是為動畫及VFX渲染提供完整的解決方案。

MarcosFajardo是Arnold渲染器的首席構架師。先讓我們看一些2000年Arnold渲染的圖片，由於使用了半球和全局照明，這些圖片的真實感是以往渲染器很少達到的，這使得Arnold引起了不小的轟動以及不少製作公司的注意。不過後來，Marcos和Arnold淡出了人們的視線，很少有網頁提及他們，公司網站也一直處於“建設中”。你可能很難猜到你觀看的某部電影是用Arnold渲染的。

Marcos生於西班牙，14歲的時候開始對計算機圖形學產生興趣。和我們中的很多人一樣，他開始使用的是8bit的電腦，使用BASIC和彙編語言編寫小的圖形程序。他原本想學習數學，不過1992年就讀大學時卻選擇了計算機科學專業。一個朋友向他介紹了Vivid以及POV-Ray光線追蹤渲染器，讓他心中一亮。數學能被用來創建這些超酷的圖像讓他興奮不已，從1994年起他開始編寫自己的光線追蹤渲染器。網際網路在那個時候開始逐步發展起來，他的第二個指路明燈是TheRayTracingNews—一個關於光線追蹤的新聞網站，這讓他了解到其實很多人已在這個領域取得了很棒的研究成果。RTNews就像一張地圖，為他提供了相關的SIGGRAPH論文和書籍的名錄。白天他會去大學圖書館複印相關的文獻，晚上閱讀它們，有的時候甚至通宵達旦，只睡一兩個小時，這嚴重影響了他的學習，甚至到最後都沒有完成全部學業。

他在網上發布了一些自己渲染的大氣氛圍效果的圖片，於是他開始得到一些公司的工作，包括馬德里的REYESInfografica和英國的LightWorks。1997年他去了SIGGRAPH，在那裡看到了最新的研究成果，開拓了眼界。

Marcos並不想只替別人工作，他想編寫自己的渲染器。他看了幾種已有的hybridrenderer（混合掃描線和光線追蹤的渲染器），把它們和Kajiya對pathtracing所作的研究進行了比較，覺得純隨機光線追蹤將是未來的發展方向。1997年Marcos開始構建Arnold的框架，那年他24歲。

從1997年起，他作為獨立諮詢師參與了不少項目，不斷改進和完善他的軟體，並始終保有軟體的知識產權。這往往需要額外協議，就像和Sony達成的一樣，但這些問題對一個好律師來說不難解決。保有知識產權使他簽的合同不可能有太高的價碼，但畢竟這使他繼續成為軟體的擁有者。

1997年，他留意到一家位於多倫多製作表現圖的CAD公司，並向這家公司展示了為Arnold最新添加的大氣漫射效果，於是他們雇傭了他並將Arnold用於製作。當然Marcos仍然擁有IP（知識產權），他的薪水不高，特別是對於他所做的特殊工作來說，甚至這些薪水都無法為繼他在多倫多的生活。不過，這是非常好的經歷，他可以按照自己的想法自由工作，改進軟體，同時還能遇到很多業界的專業人士。這一模式—受雇於公司來為Arnold添加新的功能—是他過去13年的生活模式。

在Siggraph1997，他打地鋪留宿在BelAir的一些朋友家，這些朋友向他介紹了他們的朋友，其中一個是在BlueSky工作的動畫師JustinLeach。Justin知道Marcos在研究渲染，於是向他介紹了CarlLudwig—BlueSky的創始人，也是BlueSky渲染器最初的開發者之一。Carl帶他參觀了公司，並花了一些時間一同討論光線追蹤的話題。BlueSky是第一家全部使用光線追蹤進行渲染的公司，看到他們的渲染，特別是JohnCars渲染的一張利用天光進行照明的圖片，Marcos佩服得五體投地，這也更堅定了他的看法：全隨機光線追蹤應該是Arnold的方向。BlueSky製作的Bunny（1998奧斯卡最佳動畫短片）就是使用隨機光線追蹤，當然兔子本身沒有使用間接照明（代價太大了），這也許是第一部使用unbiased蒙特卡洛輻射演演算法的電影。

2001年一部個人動畫電影50PercentGrey獲得奧斯卡提名，該片使用了Arnold渲染。它的成功對Arnold是標誌性的：完成全片只使用了幾台電腦，顯示了隨機光線追蹤可以在小成本的CPU投入上完成高質量的圖像製作。

2004年他開始受雇於SonyPicturesImageworks。他的一個朋友PepeValencia正在Sony製作動畫電影MonsterHouse的動畫和previs，Pepe將Marcos介紹給這部片子的視效總監和副導演JayRedd。Jay腦中已有了MonsterHouse的大致效果，他認為角色看起來應該更接近物理真實，而不是CG，所以全局照明對他來說很重要。他們嘗試了其它渲染器，但要達到他要的效果速度都太慢了，於是他們測試了一下Arnold，結果非常振奮人心，當然Arnold還缺少很多面向製作的功能，例如物體歸檔的延時讀取、貼圖緩存系統、毛髮物體等等。所以Sony組織了一個由經驗豐富的渲染開發人員構成的小團隊，緊密工作，來為這部影片提供支持，讓渲染器滿足製作的需求。在此期間，Arnold的渲染速度，特別是運動模糊，有了明顯的提升。

Marcos原計劃在洛杉磯呆一年，但項目一個接一個，他實際在那裡呆了3年。5年後Sony已經成為一家全Arnold渲染的製作公司，Arnold參與渲染了很多影片，例如MonsterHouse、Beowulf、EagleEye、Watchmen、2012、美食天降、愛麗絲夢遊仙境、《超凡蜘蛛俠(TheAmazingSpider-Man)》、《黑衣人3》，這些都是SonyPicturesImageworks做的，還有《碟中諜4幽靈協議》以及一些即將發行的影片。美食天降是第二部全部使用Arnold渲染的動畫電影，也是第一次運用了Arnold的全部能力：運動模糊、次表面散射、毛髮等。雖然這篇文章主要講的是Marcos，但Arnold的這些功能也要歸功於Sony的開發團隊，特別是CliffStein和ChrisKulla—兩個神奇的渲染黑客，還有ReneLimberger,ScotShinderman,EduardoBustillo,SolomonBoulos,以及後來的LarryGritz,AlexConty和AngelJimenez。

Gravity(Framestore)-《地心引力》

Oz,TheGreatAndPowerful(SonyPicturesImageworks)-《魔境仙蹤》（Sony電影）

TheHungerGames(Whiskytree)-《飢餓遊戲》

TheAvengers(IndustrialLight&Magic,LumaPictures)-《復仇者聯盟》（工業光魔）

RedTails(RodeoFX,UPP)-《紅色機尾》

HotelTransylvania(SonyPicturesImageworks)-《精靈旅社》（Sony電影）

Mission:Impossible-GhostProtocol(IndustrialLight&Magic)-《碟中諜4》（工業光魔）

CaptainAmerica(Whiskytree)-《美國上尉》

ArthurChristmas(SonyPicturesImageworks)-《亞瑟·聖誕》（Sony電影）

X-Men:FirstClass(LumaPictures)-《X戰警》

47Ronin(Framestore)-《浪人四十七》

AliceinWonderland(SonyPicturesImageworks)-《愛麗絲夢遊仙境》（Sony電影）

SourceCode(ObliqueFX)-《源代碼》

TheSmurfs(SonyPicturesImageworks)-《藍精靈》

Thor(LumaPictures,Whiskytree)《雷神》

等等...

arnold渲染器支持Maya和softimageXSI，高度與maya或者XSI內核交互集成。

基於物理真實的蒙特卡洛光線追蹤引擎單向路徑追蹤引擎

20萬行高度優化的C/C++代碼

完全多線程并行和單指令多數據架構（SIMD）

運動模糊（SRT動畫和變形動畫）（支持即時渲染）

節點拓撲化，可編程的shaders

上億三角形和毛髮渲染（支持即時渲染）

可延緩的/程序化的幾何載入方式（節省內存損耗）

紋理緩存（.TX預先mipmap支持）

32位貼圖支持（直接讀取與輸出）

多通道AOV輸出（renderpass輸出，自定義AOV輸出）（支持即時渲染）

sss點雲演演算法支持（支持即時渲染）

獨立的Skin材質（支持即時渲染）

獨立的毛髮材質（支持即時渲染）

基於物理計算的材質系統（支持即時渲染）

基於物理演演算法的燈光系統（支持即時渲染）

支持maya流體系統（支持即時渲染）

支持shaveandhaircut毛髮插件（支持即時渲染）

自帶物理大氣系統和燈光霧效系統（支持即時渲染）

巨量多邊形置換系統（默認支持攝像機距離優化參數）（支持即時渲染）

支持各類攝像機和景深渲染（支持即時渲染）

自動化的線性流程

單個通道：簡單到令人瞠目的流程（沒有額外的文件和緩存）

只有一項質量控制（AA採樣數量）

始終完美的陰影（不需要陰影貼圖啥的了）

交互性（漸進式渲染）

不消耗內存於存儲燈光和GI

更快的光線追蹤

更少的內存佔用

以最佳的多線程性能為目標（線性增長）

全新的光線加速架構

BVH、kd-tree等

樹的創建時間的重要性低於樹的遍歷

幾何量子化

優秀的二維（像素，鏡頭，燈光，BRDF（雙向反射分佈））和一維（運動模糊，體積）採樣

權重控制的BRDF採樣

權重控制的立體角式光源採樣

權重控制多重採樣

權重控制體積採樣

注重維度間的相關性

ArnoldStandalone阿諾德渲染器獨立版

ArnoldforSoftimageSoftimage|XSI外掛插件

ArnoldforMayaMaya外掛渲染插件

ArnoldforHoudiniHoudini渲染插件

ArnoldforCinema4D

可導出.ass格式文件，該文件可以在各版本渲染器中使用。需要在新場景中引入原版本shaderdll文件。