AceRay 极速渲染云平台涵盖了大量的工程化设计和最新几何/渲染研究成果，包括3D资源的处理，服务器资源调度，以及图形渲染算法。

3D资源

在进入到渲染前，需要提前准备好渲染资源，这些资源包括模型、材质。

家装行业的业务复杂度很高，需要支持大量不同格式模型上传，同时需要为各个平台产出模型和材质。不同格式模型上传需要转成中间格式；目前家装模型通常三角面数都是非常高，需要通过几何优化手段把面数降下去；家装模型中的贴图通常都非常大，需要根据各个平台优化贴图；等等。

为了处理各个不同的问题，需要大量的服务器处理各个不同的问题，但是这些服务器怎样串通起来，怎样合理的调度能够使得这些服务器的综合效率最高，各个服务器间怎样并发处理大量的模型，为各个平台产出不同的模型格式，需要一个管控平台来处理这些问题。因此我们开发了模型中控平台，支持无上限提交模型，同时并发处理大量模型，为每个模型定制不同的处理流程，能够自由地控制每个模型的处理优先级。

模型中控平台中包含两个核心部分：流程引擎和调度引擎。

开始一个新模型转换流程时，第一步进入流程引擎，分析流程节点，找出第一个需要执行的节点；然后任务交付到调度引擎，调度引擎负责找出最合理的远程执行机器，将任务分给它，并等待它执行完毕；当远程机器执行完毕时，调度引擎将任务交回给流程引擎，流程引擎将当前模型流转到所属流程的下一个节点，再度交付到调度引擎。重复执行这样的过程，直到当前模型的全部流程被执行完。

模型中控平台上可以同时运行N种不同的处理流程，一种典型的处理流程如下：

解决了批量处理问题，我们有更多的单点问题需要解决，比如模型问题：

目前设计师或者工厂所涉及的家装模型通常三角面数都是非常高的，材质非常复杂。

高面数有利于增加模型的细节，但是对于极速渲染来说，这么多的三角面片就不是一件好事了。因此我们需要在渲染之前，预处理这些拥有大量三角面片的模型。目前市面上类似的工具应该说是形形色色，都能做到精简模型面片的功能。但是具体到细节上，减面后需要保持原模型的各种细节，要有精准的法线，uv等要求，最重要的是一套参数控制所有模型，能够达到非人工干预、自动化、规模化的模型处理工具，在工业界并不存在。因此我们自主开发了一套几何优化工具解决上述问题。

对比Max处理的模型，我们处理的模型在外形保持、细节保持和法线、UV保持都要更好。

细节保持效果：

外形保持效果：

在解决了面数问题后，我们需要进一步解决材质问题。在家装行业，比较常见的一种材质是Vray材质，这种材质的参数非常多，计算过程非常复杂，非常不利于极速渲染。而市面上又没有一种Vray材质转更简单材质的方法。因为我们自研了一套材质转换方案，将现存的材质转换到更简单的材质来提升极速渲染的速度。

以下是材质转换的效果：

3D云渲染服务

淘宝的商家依赖于我们的渲染服务，因此我们并非在开发一个单点渲染引擎，而是需要一个服务器集群来处理上大量的请求，这个服务器集群组成了云渲染平台。云渲染平台管理所有的渲染请求类型，包括离线渲染、极速渲染，以及布料仿真。云渲染平台隔离业务方和渲染服务器，并统一了渲染接口，调度器会为每个独立的请求寻找最合适的机器，最快速地完成这次渲染请求。

云渲染平台分为两层：调度集群和渲染集群。调度集群向渲染集群发送任务，渲染集群向调度集群上报状态。

渲染任务首先进入调度集群，调度集群根据上报的状态和发送历史，选择最优的渲染服务器，将任务发送给它；渲染服务器更新并上报它的机器状态，然后开始执行渲染。

AceRay极速渲染

设计工具通常都使用离线渲染器。离线渲染的效果很好，但是比较大的问题是渲染速度很慢，渲染一张图的时间短则几分钟，长则几小时。对于设计师来说，渲染速度慢无疑会降低生产3D场景的效率，特别是某些场景中有需要频繁调整的元素时，快速渲染的需求显得更为迫切。对于消费者，快速的效果预览也十分必要，人们通常没有耐心为了一张效果图等待太长时间。

AceRay极速渲染服务正是为了解决离线渲染速度慢的问题而诞生，渲染器的目标是要帮助设计师提高3D场景生产效率，提高消费者3D功能使用体验。

谈到渲染，效果永远是排在第一位的。如果没有优秀的渲染质量，那么再快的速度也失去了意义。我们使用 AceRay 云渲染平台，在十几秒内渲染了两张室内家装的效果图。

在保证上述的渲染效果时，极速渲染的渲染速度可以达到离线渲染的 20~30 倍，这无疑是一个很具有诱惑力的功能。在躺平设计家里，极速预览功能通常在3~5秒就能得到一张预览图像，极大提升了设计师的工作效率。

光栅化和光线追踪

首先简单介绍一下渲染原理。以游戏为代表的实时渲染业界通常使用光栅化渲染器，而以电影特效、设计工具为代表的离线渲染业界通常使用基于光线追踪的渲染器。

光栅化渲染的管线和光线追踪的渲染管线和有着很大的不同。传统的光栅化渲染管线包括顶点处理，图元组装，光栅化以及像素着色等阶段，是一套在游戏和实时渲染业界久经考研的渲染方案。自人类有图形硬件开始，图形硬件就在做一件事情，那就是加速光栅化渲染。然而光栅化渲染有着致命的缺陷，在渲染过程中，物体与物体之间的相互关系缺失。这个缺点导致了涉及到物体相互关系的光照效果都很难计算，需要设计特殊的算法，花费高昂的代价来实现。这些效果包括阴影，间接光照，镜面反射，环境光遮蔽等。正因如此，光栅化渲染的效果在很长一段时间内都难以比肩离线渲染，做不到真正的物理真实的渲染。

而离线渲染使用的基于光线追踪原理，简单来说是从相机的位置出发，向屏幕上的每个像素的位置发射光线，通过模拟光线的各种反射/折射/散射的过程，从而实现真实的渲染效果。光线追踪的原理是简单的，但是要达到真实的渲染效果，每个像素需要大量的光线和计算，这是导致离线渲染速度慢的最主要原因。尽管现在CPU通常都是多核设计，但是这些计算硬件在离线渲染巨大的计算量面前还是显得力不从心，要真正能做到能够在十几秒甚至几秒内渲染出效果图，这个效率还是远远不够的。

基于光线追踪的离线渲染器，本质来说是使用光线追踪的功能，利用蒙特卡洛方法，对高维的渲染方程做数值估计。而蒙特卡洛方法使用了随机采样，为了达到较好的渲染质量，需要很高的采样数量。

AceRay极速渲染采用定制的优化算法，很好的解决了离线渲染中需要很高采样数的问题，在较快的时间内使用光线追踪算法获得平滑的光照效果。

直接光照

间接光照

最终效果

总结

虽然图形学和光线追踪已经有相当长的历史了，基于光线追踪的快速渲染还是一个相对较新的领域。如何更好地利用硬件计算能力，结合当前业务的需求，做出快速而高质量的渲染器是一个相当富有挑战性的工作。虽然用户通常只会接触到最终的渲染效果图，然而渲染之前的模型处理，场景处理，服务器调度等工作是整个渲染服务的基石。3D业界的数据流目前是非常多样化的，如何兼容各种数据流，处理成为统一的渲染器输入格式，高效调度服务器资源，完成渲染，这背后的工作值得更多的关注和赞赏。

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