رندرینگ

کاربرد پردازنده گرافیکی در رندرینگ چیست؟

بازدید: 775 آخرین به‌روزرسانی: 25 مهر 1402

در مقاله قبلی با مفهوم رندرینگ آشنا شدیم. در این مقاله قرار است به یکی از سوال‌های رایج درباره رندرینگ پاسخ دهیم. این که نقش پردازنده گرافیکی در رندرینگ چیست؟

پردازنده‌های گرافیکی در رندرینگ تصاویر و ویدیوها نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند. پردازنده گرافیکی با اتکا به توان محاسباتی بالای خود می‌تواند فرآیند رندرینگ را تسریع بخشد. در ادامه این بحث به اهمیت و کاربرد پردازنده گرافیکی در رندرینگ می‌پردازیم. ولی در ابتدا مروری خلاصه بر بستر نرم‌افزاری و سخت‌افزاری رندرینگ و سپس معرفی پردازنده گرافیکی خواهیم داشت.

بستر نرم‌افزاری و سخت‌افزاری رندرینگ

برای انجام عملیات رندرینگ، نیاز به یک بستر نرم‌افزاری و سخت‌افزاری قوی داریم. در ادامه به اجزای مهم این بسترها اشاره می‌کنیم:

بستر نرم‌افزاری برای رندرینگ

نرم‌افزار رندرینگ: ابزارهایی هستند که موتورهای رندرینگ را اجرا می‌کنند. این ابزارها معمولاً از تنظیمات نورپردازی و تنظیمات دیگر برای ایجاد تصاویر و ویدیوهای واقع‌گرایانه استفاده می‌کنند. نمونه‌هایی از این ابزارها شامل V-Ray، Arnold، Redshift و KeyShot است.
نرم‌افزار مدل‌سازی سه بعدی: برای ایجاد مدل‌های سه‌بعدی از اشیا، معماری، و صحنه‌ها نیاز به نرم‌افزارهایی مانند Blender، Autodesk Maya، 3ds Max، Cinema 4D و SketchUp دارید.
نرم‌افزارهای شبیه‌سازی: برای شبیه‌سازی اجزای پیچیده مانند ترکیب‌های مختلف نور و سایه نیاز به نرم‌افزارهایی مانند Substance Painter و Substance Designer دارید.

بستر سخت‌افزاری رندرینگ

بستر سخت‌افزاری برای رندرینگ

پردازنده مرکزی (CPU): برای ایجاد تصاویر و ویدیوها در رندرینگ نقش مهمی ایفا می‌کند. پردازنده‌های با تعداد هسته‌ها و فرکانس‌های بالا مناسب‌تر هستند.

پردازنده گرافیکی (GPU): به خصوص برای موتورهای رندرینگ مبتنی بر پردازنده گرافیکی مانند Redshift، Octane و V-Ray بسیار مهم است. پردازنده گرافیکی با تعداد بالای هسته‌ها و حافظه گرافیکی (VRAM) مناسب استفاده می‌شود.
حافظه سیستم (RAM): حافظه سیستم برای ذخیره داده‌های موقتی و فرآیندهای رندرینگ مهم است. برای پروژه‌های بزرگ و پیچیده، حافظه بیشتری نیاز است.
حافظه VRAM: VRAM حافظه دسترسی تصادفی ویدیویی است و اغلب به عنوان حافظه پردازنده گرافیکی شناخته می‌شود، زیرا آن را در تراشه‌های گرافیکی می‌بینید، و مدل‌های جدید اغلب از استاندارد GDDR6 (یا نسل‌های قبل‌تر GDDR5 و GDDR4) هستند. مقدار VRAM می‌تواند تا حد زیادی بر کارایی رایانه شما تأثیر بگذارد، به ویژه برای کارهای گرافیکی مانند بازی‌های ویدیویی.
ذخیره‌سازی: برای ذخیره تصاویر و فایل‌های مربوط به پروژه‌های رندرینگ، نیاز به فضای ذخیره‌سازی با سرعت بالا و ظرفیت کافی دارید. حافظه‌های SSD با سرعت بالا برای ذخیره فایل‌های پروژه و حافظه‌های HDD برای ذخیره طولانی مدت و آرشیو داده‌های بزرگ مناسب هستند.
سیستم خنک‌کننده: انجام عملیات رندرینگ ممکن است گرمای زیادی در سیستم تولید کند. بنابراین، سیستم خنک‌کننده مناسب برای جلوگیری از افزایش دما و کاهش عمر سخت‌افزار مهم است.
نمایشگر: برای نمایش تصاویر و ویدیوهای رندرشده، یک نمایشگر با کیفیت و وضوح بالا نیاز است.

پردازنده گرافیکی چیست؟

واحد پردازش گرافیکی یا GPU شتاب‌دهنده‌ای است که در طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها، از جمله بازی‌ها، گرافیک و رندرینگ و حتی اخیرا در کاربردهای یادگیری ماشین و هوش مصنوعی استفاده می‌شود. این پردازنده در ابتدا با هدف تسریع در ارائه گرافیک‌های سه بعدی طراحی شده بود. امروزه افزایش قابلیت‌ها و انعطاف‌پذیری این پردازنده به برنامه‌نویسان گرافیک اجازه می‌دهد تا تصاویر و صحنه‌های واقعی‌تری را با روش‌های پیشرفته ایجاد کنند. توسعه‌دهندگان دیگر نیز شروع به استفاده از قدرت پردازنده‌های گرافیکی برای تسریع چشمگیر بارهای کاری در محاسبات با کارایی بالا (HPC)، یادگیری عمیق و موارد دیگر کرده‌اند.
پردازنده‌های گرافیکی از پردازش موازی استفاده می‌کنند، به‌طوری که چندین پردازنده بخش‌های جداگانه‌ای از یک وظیفه را انجام می‌دهند. یک پردازنده گرافیکی همچنین دارای حافظه (RAM) مخصوص به خود برای ذخیره تصاویری است که پردازش می‌کند. اطلاعات مربوط به هر پیکسل از جمله مکان آن روی نمایشگر ذخیره می‌شود. یک مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) به حافظه متصل است و تصویر را به سیگنال آنالوگ تبدیل می‌کند تا نمایشگر بتواند آن را نمایش دهد. حافظه ویدیو معمولاً با سرعت بالا کار می‌کند. به طور خاص، کارایی بازی‌های ویدیویی تا حد زیادی به پردازنده گرافیکی رایانه شما بستگی دارد. وقتی بازی می‌کنید، پردازنده مرکزی دائماً محاسبات ریاضی را انجام می‌دهد. سپس این اطلاعات به پردازنده گرافیکی ارسال می‌شود که برای نمایش هندسه، سایه، بافت و رنگ استفاده می‌کند.

پردازنده‌های گرافیکی در دو نوع مجتمع و گسسته عرضه می‌شوند. پردازنده‌های گرافیکی مجتمع در کنار پردازنده مرکزی تعبیه شده‌اند، در حالی که پردازنده‌های گرافیکی مجزا را می‌توان روی یک برد جداگانه نصب کرد. برای مراکزی که به قدرت محاسباتی زیادی نیاز دارند، برای مثال با یادگیری ماشین یا گرافیک‌های سه بعدی کار می‌کنند، گنجاندن پردازنده‌های گرافیکی در فضای ابری ممکن است گزینه خوبی باشد. برای مثال، پردازنده‌های گرافیکی ابری گوگل پردازنده‌های گرافیکی با کارایی بالا را در خدمت گوگل کلود ارائه می‌دهند. تعبیه پردازنده‌های گرافیکی در فضای ابری مزایای آزادسازی منابع محلی، صرفه‌جویی در زمان و هزینه و مقیاس‌پذیری را دارد.

چرا برای رندرینگ از پردازنده گرافیکی استفاده کنیم؟

رندر پردازنده گرافیکی مزایایی دارد که آن را برای بسیاری از پروژه‌ها جذاب می‌کند.

دلیل اول سرعت است:

راهکار‌‌های مبتنی بر پردازنده گرافیکی محبوب هستند زیرا این فناوری سریع است. یک رندر پردازنده گرافیکی می‌تواند از 50 تا 100 برابر سریع‌تر ازپردازنده مرکزی عمل کند. زیرا پردازنده‌های گرافیکی هسته بیشتری دارند و می‌توانند وظایف موازی را بهتر انجام دهند. رندرینگ به روش سنتی ساعت‌ها زمان می‌برد. اما با پردازنده گرافیکی، خروجی در عرض چند دقیقه آماده می‌شود. اگر می‌خواهید تغییراتی هم ایجاد کنید، می‌توانید این کار را انجام دهید و همچنین زمان بیشتری را نسبت به رندر با پردازنده مرکزی صرفه‌جویی کنید.

مقرون به صرفه بودن:

پردازنده گرافیکی به معماران و هنرمندان این امکان را می‌دهد که بدون پرداخت مبالغ زیاد برای پردازنده مرکزی، طرح‌های سطح بالایی تولید کنند. اگر یک هنرمند آزاد (Freelancer) هستید، می‌توانید به راحتی در خانه خود کار کنید و در برخی از چالش‌ برانگیزترین بخش‌های رندر مانند عمق میدان ردیابی پرتو و انعکاس براق کار کنید. می‌توانید با یک روش مبتنی بر پردازنده گرافیکی و با هزینه کم خروجی‌هایی با کیفیت استودیو ایجاد کنید.

انعطاف‌پذیری:

با استفاده از پردازنده گرافیکی، می‌توانید سیستم خود را به راحتی و ارزان ارتقا دهید. در صورت نیاز می‌توانید به تعداد پردازنده گرافیکی خود اضافه کنید، البته به شرطی که مادربرد رایانه شما چندین اسلات PCIe برای جا دادن آنها داشته باشد و توان تغذیه و خنک‌کنندگی لازم را نیز داشته باشد.

پردازنده گرافیکی فناوری رو به رشد دارد:

فناوری پردازنده گرافیکی همیشه با گذشت زمان بهتر می‌شود. این بدان معناست که محدودیت‌های فناوری پردازنده گرافیکی امروز می‌تواند فردا حل شود. در برخی مواقع، پردازنده‌های گرافیکی می‌توانند با حافظه‌های بزرگ‌تر و همچنین عملکرد قابل پیش‌بینی‌تر و قابل اعتمادتری همراه شوند.

مناسب رندرینگ‌های گرافیک-محور

پردازنده‌های گرافیکی برای بازی‌سازی، تجسم سه بعدی، پردازش تصویر، یادگیری ماشین عمیق و پردازش داده‌های بزرگ بهترین استفاده را دارند. این روش همچنین هنگام پردازش صحنه‌های ادغام شده با واقعیت مجازی بهتر است، زیرا پردازنده گرافیکی می‌تواند به سرعت رندر کند و تصاویری شبیه به واقعیت را با سایه و نور مناسب تولید کند.

GPU یا CPU برای رندرینگ

مقایسه پردازنده گرافیکی با پردازنده مرکزی برای رندرینگ؟

هنگام تصمیم‌گیری بین رندر پردازنده گرافیکی و پردازنده مرکزی برای پروژه‌های خود، هیچ پاسخ قطعی وجود ندارد. با این حال، به عنوان یک راهنمای کلی موارد زیر را در نظر بگیرید:

اگر می‌خواهید زمان رندر سریع‌تر یا تصویر واقعی‌تری داشته باشید، رندر پردازنده گرافیکی بهترین انتخاب است.
رندر پردازنده مرکزی برای صحنه‌های بزرگتر، نتایج دقیق‌تر و دسترسی به ویژگی‌ها و پلاگین‌های بیشتر بهتر است.
برای صرفه‌جویی در هزینه سخت‌افزار، انتخاب پردازنده گرافیکی می‌توانید گزینه بهتری باشد.
همچنین می‌توانید از روش‌های ترکیبی استفاده کنید که رندر پردازنده گرافیکی و مرکزی را ترکیب می‌کنند، یا از خدمات رندر ابری استفاده کنید که هر دو گزینه را ارائه می‌دهند.
برخی از نرم‌افزارهای رندرینگ از پردازنده گرافیکی پشتیبانی نمی‌کنند، بنابراین ممکن است نرم‌افزار مورد استفاده شما یک عامل محدودکننده باشد.

منظور از Render Farm و GPU Render Farm چیست؟

مزرعه رندر یک محیط محاسبات با کارایی بالا یا شبکه‌ای از چندین رایانه‌ است که به طور خاص برای کمک به ارائه تصاویر تولید شده توسط رایانه (Computer Generated Images)، انیمیشن‌های سه بعدی، جلوه‌های بصری و سایر وظایف محاسباتی فشرده طراحی شده است. مزارع رندر معمولاً در صنایعی مانند فیلم، انیمیشن، معماری و طراحی استفاده می‌شوند که فرآیند رندرینگ می‌تواند زمان‌بر باشد. مزرعه رندر پردازنده گرافیکی نیز مجموعه‌ای از چندین پردازنده گرافیکی با کارایی بالا است که برای تسریع وظایف رندر به صورت موازی کار می‌کنند.

معرفی ابزارهای معروف رندرینگ

Redshift :Redshift محبوب‌ترین ابزار (موتور) رندر برای صنعت تصاویر متحرک است که از انواع نرم‌افزارهای رندرینگ مانند Cinema 4D، Blender، Houdini و Maya پشتیبانی کرده و با پردازنده‌های گرافیکی انویدیا و فناوری Ray-tracing کار می‌کند.

Octane: از رندرینگ چند پردازنده گرافیکی با گرافیک وضوح بالا و سریع پشتیبانی می‌کند. با انواع برندهای پردازنده گرافیکی مانند NVIDIA و AMD کار می‌کند و شامل پلاگین‌های نرم‌افزاری از جمله Cinema 4D، Blender، Houdini و Maya است.

Blender :Blender Cycles توسط شرکت رندرینگ متن باز Blender توسعه داده شده است. یک موتور رندر رایگان با انواع جلوه‌های بصری و تنظیمات مختلف ارائه می‌دهد، از پردازنده‌های گرافیکی انویدیا پشتیبانی کرده و پلاگین‌های Blender را برای ایجاد مدل‌های واقع‌گرایانه ارائه می‌دهد.

Iray: توسط انویدیا توسعه یافته است. این موتور رندر از فناوری بصری برای تولید مدل‌های واقع‌گرایانه و تصاویر بصری با وضوح بالا استفاده می‌کند. این نرم‌افزار از سخت‌افزار انویدیا و رندر چند پردازنده گرافیکی برای روش‌های رندر مبتنی بر ابر نیز پشتیبانی می‌کند. Iray شامل پلاگین‌های نرم‌افزاری برای Maya، 3ds Max و Rhinoceros 3D است.

Arion :Arion (RandomControl) یک موتور رندر ترکیبی است که هم از قدرت پردازنده گرافیکی و هم پردازنده مرکزی استفاده می‌کند. برای ارائه تصاویر با وضوح بالا به پردازنده‌های گرافیکی انویدیا نیاز دارد. این موتور رندر بر روی عکاسی دیجیتال تمرکز دارد و شامل پلاگین‌های نرم‌افزاری محدودی (3ds Max و Rhinoceros 3D) است.

جمع‌بندی

در این مقاله با بستر سخت‌افزاری و نرم‌افزاری رندرینگ و بخصوص کاربرد پردازنده گرافیکی در رندرینگ آشنا شدیم. ابررایانه سیمرغ بستر سخت‌افزاری و نرم‌افزاری فوق سریع برای رندرینگ را با بالاترین کیفیت و در کوتاهترین زمان ارائه می‌کند. خدمت رندرینگ ابررایانه سیمرغ تصاویر با حجم زیاد شما را (مانند تصاویر ماهواره‌ای) با سرعت بالا ساخته، تکمیل و ترمیم می‌کند. به علاوه شما می‌توانید به پردازنده گرافیکی مورد نیاز خود از طریق ابررایانه سیمرغ دسترسی پیدا کنید.