关于Arnold阿诺德渲染器介绍

Arnold渲染器是一款不错的、跨平台的渲染 API。是基于物理算法的电影级别渲染引擎，由Solid Angle SL 开发。正在被越来越多的好莱坞电影公司以及工作室作为首席渲染器使用。

arnold渲染器特点有：运动模糊、节点拓扑化，支持即时渲染，节省内存损耗等。

Arnold渲染器是基于物理算法的电影级别渲染引擎，由Solid Angle SL 开发。正在被越来越多的好莱坞电影公司以及工作室作为首席渲染器使用。

Arnold 是一款不错的、跨平台的渲染 API。与传统用于 CG 动画的 scanline（扫描线）渲染器（Renderman）不同，Arnold 是照片真实、基于物理的光线追踪渲染器。

Arnold 使用前沿的算法，充分利用包括内存、磁盘空间、多核心、多线程、SSE 等在内的硬件资源。

Arnold 的设计构架能很容易地融入现有的制作流程。它建立在可插接的节点系统之上，用户可以通过编写新的 shader、摄像机、滤镜、输出节点、程序化模型、光线类型以及用户定义的的几何数据来扩展和定制系统。Arnold 构架的目标就是为动画及 VFX 渲染提供完整的解决方案。

运动模糊（SRT动画和变形动画）（支持即时渲染）

节点拓扑化，可编程的shaders

上亿三角形和毛发渲染（支持即时渲染）

可延缓的/程序化的几何加载方式（节省内存损耗）

纹理缓存（.TX预先mipmap支持）

32位贴图支持（直接读取与输出）

多通道AOV输出（render pass输出，自定义AOV输出）（支持即时渲染）

sss 点云算法支持（支持即时渲染）

独立的Skin材质（支持即时渲染）

独立的毛发材质（支持即时渲染）

基于物理计算的材质系统（支持即时渲染）

基于物理算法的灯光系统（支持即时渲染）

支持maya流体系统（支持即时渲染）

支持shave and hair cut毛发插件（支持即时渲染）

自带物理大气系统和灯光雾效系统（支持即时渲染）

巨量多边形置换系统（默认支持摄像机距离优化参数）（支持即时渲染）

支持各类摄像机和景深渲染（支持即时渲染）

自动化的线性流程

单个通道：简单到令人瞠目的流程（没有额外的文件和缓存）

只有一项质量控制（AA采样数量）

始终完美的阴影（不需要阴影贴图啥的了）

交互性（渐进式渲染）

不消耗内存于存储灯光和GI

更快的光线追踪

更少的内存占用

以zui*佳的多线程性能为目标（线性增长）

全新的光线加速架构

BVH、kd-tree等

树的创建时间的重要性低于树的遍历

几何量子化

好的的二维（像素，镜头，灯光，BRDF（双向反射分布））和一维（运动模糊，体积）采样

权重控制的BRDF采样

权重控制的立体角式光源采样

权重控制多重采样

权重控制体积采样

注重维度间的相关性

Arnold Standalone 阿诺德渲染器独立版

Arnold for Softimage Softimage|XSI 外挂插件

Arnold for Maya Maya外挂渲染插件

Arnold for Houdini Houdini渲染插件

Arnold for Cinema 4D

各版本交互

可导出.ass格式文件，该文件可以在各版本渲染器中使用。需要在新场景中引入原版本shader dll文件。

Marcos Fajardo 是 Arnold 渲染器的首席构架师。先让我们看一些 2000 年 Arnold 渲染的图片，由于使用了半球和全局照明，这些图片的真实感是以往渲染器很少达到的，这使得 Arnold 引起了不小的轰动以及不少制作公司的注意。不过后来，Marcos 和 Arnold 淡出了人们的视线，没有维基百科的文章，很少有网页提及他们，公司网站 也一直处于“建设中”。你可能很难猜到你观看的某部电影是用 Arnold 渲染的。

Marcos 生于西班牙，14岁的时候开始对计算机图形学产生兴趣。和我们中的很多人一样，他开始使用的是 8bit 的电脑，使用 BASIC 和汇编语言编写小的图形程序。他原本想学习数学，不过 1992 年就读大学时却选择了计算机科学专业。一个朋友向他介绍了 Vivid 以及 POV-Ray 光线追踪渲染器，让他心中一亮。数学能被用来创建这些超酷的图像让他兴奋不已，从 1994 年起他开始编写自己的光线追踪渲染器。 互联网在那个时候开始逐步发展起来，他的第二个指路明灯是 The Ray Tracing News — 一个关于光线追踪的新闻网站，这让他了解到其实很多人已在这个领域取得了很棒的研究成果。RTNews 就像一张地图，为他提供了相关的 SIGGRAPH 论文和书籍的名录。白天他会去大学图书馆复印相关的文献，晚上阅读它们，有的时候甚至通宵达旦，只睡一两个小时，这严重影响了他的学习，甚至到zui*后都没有完成全部学业。

他在网上发布了一些自己渲染的大气氛围效果的图片，于是他开始得到一些公司的工作，包括马德里的 REYES Infografica 和英国的 LightWorks。1997年他去了 SIGGRAPH，在那里看到了zui*新的研究成果，开拓了眼界。

Marcos 并不想只替别人工作，他想编写自己的渲染器。他看了几种已有的 hybrid renderer（混合扫描线和光线追踪的渲染器），把它们和 Kajiya 对 path tracing 所作的研究进行了比较，觉得纯随机光线追踪将是未来的发展方向。1997 年 Marcos 开始构建 Arnold 的框架，那年他 24 岁。

从 1997 年起，他作为独立咨询师参与了不少项目，不断改进和完善他的软件，并始终保有软件的知识产权。这往往需要额外协议，就像和 Sony 达成的一样，但这些问题对一个好律师来说不难解决。保有知识产权使他签的合同不可能有太高的价码，但毕竟这使他继续成为软件的拥有者。

1997 年，他留意到一家位于多伦多制作表现图的 CAD 公司，并向这家公司展示了为 Arnold zui*新添加的大气漫射效果，于是他们雇佣了他并将 Arnold 用于制作。当然 Marcos 仍然拥有 IP（知识产权），他的薪水不高，特别是对于他所做的特殊工作来说，甚至这些薪水都无法为继他在多伦多的生活。不过，这是非常好的经历，他可以按照自己的想法自由工作，改进软件，同时还能遇到很多业界的专业人士。这一模式 — 受雇于公司来为 Arnold 添加新的功能 — 是他过去 13 年的生活模式。

在 Siggraph 1997，他打地铺留宿在 Bel Air 的一些朋友家，这些朋友向他介绍了他们的朋友，其中一个是在 Blue Sky 工作的动画师 Justin Leach。Justin 知道 Marcos 在研究渲染，于是向他介绍了 Carl Ludwig — Blue Sky 的创始人，也是 Blue Sky 渲染器zui*初的开发者之一。Carl 带他参观了公司，并花了一些时间一同讨论光线追踪的话题。Blue Sky 是第*家全部使用光线追踪进行渲染的公司，看到他们的渲染，特别是 John Cars 渲染的一张利用天光进行照明的图片，Marcos 佩服得五体投地，这也更坚定了他的看法：全随机光线追踪应该是 Arnold 的方向。Blue Sky 制作的 Bunny（1998 奥斯卡zui*佳动画短片）就是使用随机光线追踪，当然兔子本身没有使用间接照明（代价太大了），这也许是第*部使用 unbiased 蒙特卡洛辐射算法的电影。

2001 年一部个人动画电影 50 Percent Grey 获得奥斯卡提名，该片使用了 Arnold 渲染。它的成功对 Arnold 是标志性的：完成全片只使用了几台电脑，显示了随机光线追踪可以在小成本的 CPU 投入上完成不错的图像制作。

2004 年他开始受雇于 Sony Pictures Imageworks。他的一个朋友 Pepe Valencia 正在 Sony 制作动画电影 Monster House 的动画和 previs，Pepe 将 Marcos 介绍给这部片子的视效总监和副导演 Jay Redd。Jay 脑中已有了 Monster House 的大致效果，他认为角色看起来应该更接近物理真实，而不是 CG，所以全局照明对他来说很重要。他们尝试了其它渲染器，但要达到他要的效果速度都太慢了，于是他们测试了一下 Arnold，结果非常振奋人心，当然 Arnold 还缺少很多面向制作的功能，例如物体归档的延时读取、贴图缓存系统、毛发物体等等。所以 Sony 组织了一个由经验丰富的渲染开发人员构成的小团队，紧密工作，来为这部影片提供支持，让渲染器满足制作的需求。在此期间，Arnold 的渲染速度，特别是运动模糊，有了明显的提升。

Marcos 原计划在洛杉矶呆一年，但项目一个接一个，他实际在那里呆了 3 年。5 年后 Sony 已经成为一家全 Arnold 渲染的制作公司，Arnold 参与渲染了很多影片，例如 Monster House、Beowulf、Eagle Eye、Watchmen、2012、美食天降、爱丽丝梦游仙境、《超凡蜘蛛侠(The Amazing Spider-Man)》、《黑衣人3》，这些都是Sony Pictures Imageworks做的，还有《碟中谍4幽灵协议》以及一些即将发行的影片。美食天降是第二部全部使用 Arnold 渲染的动画电影，也是第*次运用了 Arnold 的全部能力：运动模糊、次表面散射、毛发等。虽然这篇文章主要讲的是 Marcos，但 Arnold 的这些功能也要归功于 Sony 的开发团队，特别是 Cliff Stein 和 Chris Kulla — 两个神奇的渲染黑客，还有 Rene Limberger, Scot Shinderman, Eduardo Bustillo, Solomon Boulos, 以及后来的 Larry Gritz, Alex Conty 和 Angel Jimenez。

Gravity (Framestore) - 《地心引力》

Oz, The Great And Powerful (Sony Pictures Imageworks) - 《魔境仙踪》 （Sony电影）

The Hunger Games (Whiskytree) - 《饥饿游戏》

The Avengers (Industrial Light & Magic, Luma Pictures) - 《复仇者联盟》（工业光魔）

Red Tails (Rodeo FX, UPP) -《红色机尾》

Hotel Transylvania (Sony Pictures Imageworks) - 《精灵旅社》（Sony电影）

Mission: Impossible - Ghost Protocol (Industrial Light & Magic) - 《碟中谍4》（工业光魔）

Captain America (Whiskytree) - 《美国队长》

Arthur Christmas (Sony Pictures Imageworks) - 《亚瑟·圣诞》（Sony电影）

X-Men: First Class (Luma Pictures) - 《X战警》

47 Ronin (Framestore) - 《浪人四十七》

Alice in Wonderland (Sony Pictures Imageworks) - 《爱丽丝梦游仙境》（Sony电影）

Source Code (ObliqueFX) - 《源代码》

The Smurfs (Sony Pictures Imageworks) - 《蓝精灵》

Thor (Luma Pictures, Whiskytree) 《雷神》

等等... 

arnold渲染器支持Maya和softimage XSI，高度与maya或者XSI内核交互集成。

基于物理真实的蒙特卡洛光线追踪引擎单向路径追踪引擎

20万行高度优化的C/C++代码

完全多线程并行和单指令多数据架构（SIMD）