У меня есть ветка pbrt, которую я использую для проверки новых идей, реализации интересных мыслей из научных статей и в целом для исследования всего того, что в результате обычно оказывается в новой редакции книги Physically Based Rendering. В отличие от pbrt-v3, который мы стремимся сохранять как можно ближе к описанной в книге системе, в этой ветке мы можем менять что угодно. Сегодня мы увидим, как более радикальные изменения системы позволят значительно снизить использование памяти в сцене с островом из диснеевского мультфильма «Моана».

Примечание по методологии: в предыдущих трёх постах вся статистика измерялась для WIP-версии (Work In Progress) сцены, с которой я работал до её выпуска. В этой статье мы перейдём на окончательную версию, которая немного сложнее.

При рендеринге последней островной сцены из «Моаны» для хранения описания сцены pbrt-v3 использовал 81 ГБ ОЗУ. На текущий момент pbrt-next использует 41 ГБ — примерно в два раза меньше. Для получения такого результата достаточно было небольших изменений, вылившихся в несколько сотен строк кода.

Вдохновлённый первой победой при парсинге с помощью описания сцены острова из мультфильма «Моана» компании Disney, я далее углубился в изучение использования памяти. Можно было сделать ещё очень многое со временем выполнения, но я решил, что будет полезно сначала разведать обстановку.

Исследование времени выполнения я начал со встроенной статистики pbrt; в pbrt есть ручная настройка значительных выделений памяти для отслеживания использования памяти, а после завершения рендеринга выводится отчёт о выделении памяти. Вот, каким изначально был отчёт о выделении памяти для этой сцены:

Память
BVH-дерево 9,01 ГиБ
Кривые 1,44 ГиБ
MIP-текстуры 2,00 ГиБ
Меши треугольников 11,02 ГиБ

Что касается времени выполнения, то встроенная статистика оказалась краткой и выдала отчёт только о выделении памяти под известные объекты размером в 24 ГБ. top сообщил, что на самом деле использовано около 70 ГБ памяти, то есть в статистике не учтено 45 ГБ. Небольшие отклонения вполне объяснимы: распределителям динамической памяти требуется дополнительное место для регистрации использования ресурсов, часть теряется из-за фрагментации, и так далее. Но 45 ГБ? Здесь определённо скрывается что-то нехорошее.

Walt Disney Animation Studios (WDAS) недавно сделала сообществу исследователей рендеринга неоценимый подарок, выпустив полное описание сцены для острова из мультфильма «Моана». Геометрия и текстуры для одного кадра занимают на диске более 70 ГБ. Это потрясающий пример той степени сложности, с которой сегодня приходится иметь дело системам рендеринга; никогда ранее исследователи и разработчики, занимающиеся рендерингом вне киностудий, не могли поработать с подобными реалистичными сценами.

Вот, как выглядит результат рендеринга сцены с помощью современного pbrt:


Остров из «Моаны», отрендеренный pbrt-v3 в разрешении 2048x858 с 256 сэмплами на пиксель. Общее время рендеринга на 12-ядерном/24-поточном инстансе Google Compute Engine с частотой 2 ГГц с последней версией pbrt-v3 составило 1 ч 44 мин 45 с.

Со стороны компании Disney это был огромный труд, ей пришлось извлечь сцену из собственного внутреннего формата и преобразовать в обычный; особое спасибо ей за время, потраченное на упаковку и подготовку этих данных для широкого использования. Я уверен, что их работа будет хорошо вознаграждена в будущем, потому что исследователи используют эту сцену, чтобы изучить проблемы эффективного рендеринга сцен такого уровня сложности.