渲染变形金刚！解析Quadro的真正实力

    里尔克说过“美无非是我们恰巧能够忍受的恐怖之开端”。在CG的世界里我们不断追寻着终极的美，却同时忍受着‘面’的恐怖，很多时候，在我们未曾获得理想中美的效果之前就已经无法忍受超量的‘面’所带来的恐怖。Quadro FX系列专业显卡，将我们所能够承受的极限提升到另一个空间，当用它来为图形加速的那刻，你会发现接近理想中的美，原来是件挺容易的事情。

    随着计算机技术的发展，数码技术已成为现代广告人拍摄广告的必备手段，传统的工作逐步被电脑三维制作、合成所取代。当影视特效在电影里面进行应用并获得了巨大的成功时，一脉相承的产品广告特效也随之增多。在产品广告特效中，三维技术的应用主要是满足一些无法拍摄的镜头，但给观众的感觉又觉得特自然。其视觉冲击力和魔力般的光影特效是传统拍摄技术无法比拟的。

    短短的几年时间， 3D图形软件的大量涌现，软件方面的技术支持已经足够满足我们对于图像效果的追求，作为专业图像设计师，能够进一步提高我们工作效率的，以满足客户不多的制作周期是目前我们遇到最大的问题，所以配备一个好的工作伙伴是必不可少的。当然，好伙伴肯定是台性能优越的工作站--除了CUP和内存条，专业显卡在图像制作中的重要性毋庸置疑。当然，这里我指的就是我目前所用的丽台科技Quadro FX1700。

    有很多设计师认为将GeForce通过各种软件修改为Quadro就能得到一张专业的图形卡，这张修改来的图形卡在OpenGL方面的表现的确有了明显的提升。但这就是专用图形卡的全部吗？答案绝对是否定的。

1.1专业图形卡与游戏卡在图形处理器硬件设计中采用不同的理念

    一般来说，游戏卡目前虽然可以都可以很好地支持各种OpenGL和Direct3D游戏，但是，它们更多地专注于游戏中需要的那些功能。为节约成本，对于在游戏中明显不会用到的功能一般是不会在硬件中予以支持的。而专业图形卡面对的是专业图形图象软件，往往更多的时间是在显示模型在创建和编辑状态中的情形，因此线框模式，阴影模式下的性能也是至关重要的，各种专业软件所涉及到的功能都应该在硬件上予以支持。另外，从性能上来说，游戏运行需要足够快的速度，而且游戏的场景往往不太复杂，因此游戏的性能瓶颈大多出现在像素或者纹理处理速度上；专业应用中，像高级场景渲染，CAD/CAM，影视用三维动画等应用领域往往会遇上非常大规模的模型和许多光源，因此图形系统的几何与光线处理能力是至关重要的。

The Mill完成的FORD 汽车广告，显卡功劳功不可没

1.2专业图形卡与游戏卡在驱动程序上也有本质区别

    游戏卡在驱动程序中只需要对游戏中常用到的部分OpenGL函数能够提供很好支持就OK了，而专业图形卡由于面向广域的专业图形应用软件，所以它必须要能够对所有OpenGL函数都予以支持。这也是为什么在游戏中性能很好的游戏卡，在运行专业图形软件时经常会出现性能剧烈下降的现象的原因。

专业图形卡对所有OpenGL函数都予以支持

1.3专业卡和游戏卡在应用软件的兼容性方面有许多重大的区别

    专业卡的驱动程序完全针对OpenGL的所有函数进行优化，同时，针对各个不同的应用程序的特别之处采用专门的解决办法，如在驱动程序里面提供各种主要软件的优化设置选项，提供专门的驱动程序。而游戏卡在这方面没有采取任何措施，因此采用游戏卡来运行专业软件的时候经常会出现各种奇怪的兼容性问题，如显示错乱，性能突然下降，以至于死机，等等问题。

Maxtreme可以显著提高专业软件的使用效率

1.4专业卡在硬件和驱动程序方面均经过十分严格的测试

    专业显卡可以最大程度降低图形软件在运行时出现的不稳定情况；游戏显卡关注于游戏运行的速度，在稳定性方面就没有过多的要求。

Brickyard VFX为Sprint制作的特效广告，色彩感觉非常好

    值得说明一下，不要以为专业显卡就只能在影视特效制作、广告特效制作、三维动画上有所作为。事实上他们的用处远远超过你的想象。现代科学研究中根本无法离开专业图形卡的帮助，专业图形卡能够对可视化计算进行加速、能够绘制卫星地图、能够绘制3D热源分布图甚至是进行模拟装配和流体力学计算。

    FX1700是Quadro FX系列的中阶效能产品，是目前业界具有非常好的性价比的工作站显示卡解决方案，可为各种专业级3D应用程序提供非常好的的质量、精准度、效能与可编程性。512MB容量的显存高质量128bit内存接口与40GB/s的内存频宽，使这款显卡在专业制图方面有更好的发挥。

2．1显卡参数

2．2显卡介绍

    Quadro FX 1700的外观和普通GeForce显卡差不多，但它在出厂时经过了非常严格的测试，在做工用料方面也要强于普通显卡，此为默认频率较为保守一些，这些都是为了让显卡在长时间高强度模式下稳定工作，延长使用寿命。

2.3 Quadro的技术特性：

1) HPDR技术运用着色、过滤、纹理和混合处理中的浮点功能，为影像清晰度和画面品质设立新的标准，让视觉效果处理呈现前所未有的渲染图像品质。Shader Model 4.0 的下一代高点和像素可编程性。Shader Model 4.0 的参考标准，为 OpenGL 和下一代 DirectX 10 行业领先的专业应用程序实现了更高的性能和逼真效果。

2) 旋转格线全景反锯齿技术 (RG FSAA):旋转格线FSAA抽样演算法采用非常复杂的抽样模式，显着提升色彩准确性和边缘 / 线条的图形品质。高达32x 的 FSAA 可以在分辨率最高1920x1200 的情况下极大地减少图像的「锯齿」，从而使画面更加逼真。

3) GPU计算，NVIDIA CUDA技术可提供C语言环境和完整的工具套装，这些优势可以释放整体性能以便解决复杂的视觉应用，例如实时射线轨迹以及互动声音渲染。Gen 2 兼容使数据传输速率翻倍，每通道可达5 GB/秒，总共可取得双向16 GT/秒的带宽（每个方向8 GB/秒）。

4）图形 API 扩展NVIDIA?提供了用于 Linux 和Windows 的 API 扩展集合，让应用程序可以最大限度利用硬件的功能。统一驱动程式架构 (UDA)，UDA指所有NVIDIA工作站显示卡皆使用相同的驱动程式，确保驱动程式之间的向下和向上相容性，大大简化NVIDIA 新产品的驱动程式更新工作。

5）12位元次像素精确度，比竞争对手工作站图形晶片的精确度高叁倍以上，12位元次像素精确度可呈现非常好的的几何精确度，消除闪烁、裂纹和其他光栅化异常。32位元浮点精确性，透过在着色、过滤、纹理和混合处理上有优秀表现的32位元浮点功能，为图像清晰度和画面品质设立了新标准，让视觉效果的处理工作展现前所未有的渲染图像品质。32 位过滤和混合为视像效果处理实现了前所未有的着色图像品质。进阶色彩压缩技术 / 无失真Z座标压缩 (Early Z-Cull)，改良後的管线色彩压缩和无失真Z座标压缩技术，能增加有效的频宽，改善渲染的效率和性能。

6) Cg 高级图形 Shader 语言，Cg "C"代表图形 是利用了可编程 GPU 功能的用於 OpenGL 的高级、开放标准编程语言。NVIDIA Quadro FX 可编程管道利用高级着色语言来创建实时照片级效果并将其集成到3D 模型、场景和设计。这代表了在 MCAD、DCC 和科学应用程序中创建实时、逼真图形方便性和速度方面的重大飞跃。

7) 全128位元浮点精确度管线，复杂的3D效果需要众多高准确度的数据运算要求，以确保图像品质。Quadro FX系列拥有业界唯一真正的128位元浮点运算的3D图形管线，能够在一个宽广的动态范围内，为图形提供千百万种色彩，同时还提供令人惊叹的视觉质感以及最高的精度。另外还运用着色、过滤、纹理和混合处理中的32位元浮点功能，为影图清晰度和品质设立新的标准。

8) 高效能OpenGL硬体加速像素读回，速度在1.0GB/s以上的10倍速像素读回性能可提供非常高的主机输出量，达上一代图像处理系统性能的5倍以上。HD 分量输出，可以在广播显示器或HDTV 上以真彩色实现视频内容的预览。Jumbo 8K 纹理处理，更快地处理大型纹理，在缩放和平移高分辨率图像时可以实现更高的性能。双Dual-Link数位萤幕接口，Dual-link TMDS转接器支援超高解析度显示器，并可产生令人惊叹的图像品质与细致的照片真实影像。

9）nView多重显示技术，提供具有充分弹性的多重显示选择，并且为一般使用者提供了整合便利的桌面控制体验。nView可让一般使用者选择任何多重显示的组合，包括数位平面萤幕、类比式CRT及电视，利用革命性的方法，让您能更容易以多工作业方式处理资讯，并以整合的软体介面来修改显示内容。

10）全面支持Vista视窗作业系统，提供美丽的3D使用者介面，有效提升应用程式的效能及提供极细致的画面。丽台 Quadro 系列专业绘图卡芯片架构是专为新一代的作业系统而设，配合 NVIDIA? 的OpenGL ICD 驱动程式专为 32 和 64 位架构而优化，从而实现非常好的的Windows Vista体验。

2.4 CG图形技术特点

    在这里，我只罗列出和CG相关的4个特点。

1) 12位元次像素精确度可呈现非常好的的几何精确度，消除闪烁、裂纹和其他光栅化异常。32位元浮点精确性，透过在着色、过滤、纹理和混合处理上有优秀表现的32位元浮点功能，为图像清晰度和画面品质设立了新标准，让视觉效果的处理工作展现前所未有的渲染图像品质。32 位过滤和混合为视像效果处理实现了前所未有的着色图像品质。进阶色彩压缩技术 / 无失真Z座标压缩 (Early Z-Cull)，改良後的管线色彩压缩和无失真Z座标压缩技术，能增加有效的频宽，改善渲染的效率和性能。对于实时渲染的强大支持从此可见一斑。

2) 旋转格线全景反锯齿技术 (RG FSAA):旋转格线FSAA抽样演算法采用非常复杂的抽样模式，显着提升色彩准确性和边缘 / 线条的图形品质。高达32x 的 FSAA 可以在分辨率最高1920x1200 的情况下极大地减少图像的「锯齿」，从而使画面更加逼真。

3) GPU计算，NVIDIA CUDA技术可提供C语言环境和完整的工具套装，这些优势可以释放整体性能以便解决复杂的视觉应用，例如实时射线轨迹以及互动声音渲染。Gen 2 兼容使数据传输速率翻倍，每通道可达5 GB/秒，总共可取得双向16 GT/秒的带宽（每个方向8 GB/秒）。加速预览视窗的刷新速度，提高场景操作性和工作效率。

4）采用了双dual link DVI+ HDTV接口，支持各种类型的双头输出模式，加上板载独立的RAMDAC与TMDS模块，实现高达2560*1600的高分辨率输出。

2．5实际项目应用评测

    打开Vue，首先在Atmosphere里选择一套令你感觉心旷神怡的天气。

    添加Terrain，在Terrain Editor里面修改Terrain的各项属性，按照自己 的风格造一座山出来。试着增加预览的细节到2048*2048(不推荐普通的游戏显卡进行这样的操作)。

    进入材质编辑栏，选一张3264*2448的山体贴图作为底层，新建一层添加EcoSystem(生态系统)材质，在山上植点树，放上几颗大石头，或者按照个人喜好种点花花草草的也无妨。

    用贴了cloud材质的Alpha plane营造云雾缭绕的环境，plane的数量越多，层次感越强。

    我们必须不断的在视窗内调节摄像机镜头和环境之间的交互位置，以获得我们所想要的最终效果，这样的操作过程是对显卡实时渲染能力的一场试炼。对于三款不同显卡的表现，孰优孰劣一目了然。

    最终效果图，显卡性能大考验：

    结论：在刷新迟缓的视窗中进行场景的操作――世界上最令人痛苦的事情莫过于此。于是我们想尽方法去提高预览速度：低精度显示、线框模式、隐藏模型……然而这些扬汤止沸的方法终究只能自我慰藉而已。我们真正需要的是用一款专业的图形显卡去釜底抽薪！

示例2 看惠普激光打印机如何改装变形金刚

    项目背景：2007年的夏季，真人版《变形金刚》无疑是观众最期待的大片。惠普为了使今夏的暑期促销更吸引人，于是搭上了《变形金刚》这档万人瞩目的大片，邀请我们做了这部贴片广告。制作周期只有20天，而整个广告的分辨率高达1980x1080……

    作为CG从业人员，特别是作为一个模型师，我们有必要向加尔文主义者学习，如同他们对于福音词句的要求那样，我们对于模型的每一个点、每一条线、每一个面的要求，必须完美、精确到几乎不能再加添、更改。
决定模型完美度的，除了主观方面制作者艺术和技术水平的因素之外，显卡的像素精确度和浮点精确性，以及着色、过滤、纹理和混合处理中的浮点功能等，图像实时渲染技术方面的客观因素也不可忽视。在实现制作者的创作理念的过程中，一款专业级别的显卡会用不可思议的表现方式给予你强有力的支持。

    项目中机器人的模型使用Polygon与NURBS完成，虽然不要求做到可与实际代码直接连接那样的精确度（实际上也是Impossible Mission），但高精度的可视性是必须的。

    模型的布线尽量做到规范合理，注意边缘的倒角，避免黑面的出现。模型的各个部件中融入了角色的气质特征和高科技的元素在内，整体模型柔和的边缘拒绝了僵硬的效果表现，依靠Quadro FX 1700的旋转格线全景反锯齿技术所提供的更加逼真的实时渲染画面，我们在低精度模式显示下顺利完成模型建造任务。

    基本的setup，模型直接子化到joint上，机器人腰部和颈部的连接控制运用线变形来实现，装配完的模型蓄势待发。

    项目中变形动画是其特色所在，也是整个制作中的难点，对于变形走势和节奏的把握是重中之重。按照动画创作的流程我们按部就班，一系列的Pose to Pose，关键帧的插入，局部细节的添加，动画曲线的调节，用所有热情的给角色注入灵魂之后，让它在秒的时间里去展现。

    “时间掌握在动画创作中似乎是不可捉摸的，但它却是影片成败的重要因素。时间，对于动画家来说是可塑的，既可压缩，也可扩张，控制和处理时间在造成特殊效果和气氛方面存在着无穷的可能性。”――《Timing For Animation》。动画创作的时候，因为滞顿的视窗实时播放和Playblast周而复始的迟缓渲染预览，而逐渐消磨了耐性和感觉，扭曲了对于动画时间的把握，这样的事情也是有的。

    托Quadro FX 1700强大的GPU和高效能的OpenGL硬体加速的福，整个变形动画的创作一气呵成，其间我们所需要的仅仅是根据镜头逐帧观察变形，耐心的调整和改进细节而已。

    在场景制作方面，为了营造画面环境的整体氛围，我们搭建了一个废旧的工厂。

    并创建了几十盏灯和大小不一的反光板：

    俯视一下这个有着N个面打了M盏灯的虚拟场景。虽然场景非常复杂，我们还是从容的完成了任务。

    没有绞尽脑汁去分批隐藏场景模型，没有因为显示精度不够模型出现黑边，闪烁和裂纹，没有为时间条上指针的移动缓慢而焦躁，更没有为移动鼠标后视窗每小时一帧的刷新速度而苦恼。所谓CG的制作快乐，我想大抵也不过如此。

    结论：运行Maya，面对复杂的场景，拖动一下鼠标、画一条直线需要系统耗费大量时间来重新绘制预览工作区，整个创作过程就会变得极端低效。但是一旦你有了专业显卡的支持，再次打开复杂的场景进行编辑修改时他们将会以实时的速度给你提供预览，而不必冗长的等待。所以，尽情享受制作广告的乐趣吧！<