Оптимизация процесса рендеринга для сложных анимационных сцен

1.

МИНИСТЕРСТВО ПРОСВЕЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ХЕРСОНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КАФЕДРА ПРОГРАММНОЙ ИНЖЕНЕРИИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КУРСОВАЯРАБОТА
НА ТЕМУ
«ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РЕНДЕРИНГА ДЛЯ СЛОЖНЫХ
АНИМАЦИОННЫХ СЦЕН»
ПО ДИСЦИГІЛИНЕ «ГРАФИКА И АНИМАЦИИ В 3D»
Обучающегося 3 курса 12-23 ПИ группы
Направление подготовки
09.03.04 «Программная инженерия»
Гондарь Дмитрий Сергеевич
ФИО студента
Научный руководитель:
Алешов Владимир Витальевич

2. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В современной СGІ-индустрии переход к физически корректному рендерингу (PBR) обеспечил фотореализм, но привел к
экспоненциальному росту нагрузки.
Временной фактор: Рендеринг одного кадра сложной сцены без оптимизации может исчисляться часами, что критично
для анимации.
Ресурсный барьер: Высокая плотность сеток, симуляции ткани и ворса требуют огромных объемов видеопамяти.
Индустриальный стандарт: Навык технической оптимизации является базовым требованием для инженеров в
условиях сжатых сроков работы.

3. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

Ц е л ь работы
Исследование и систематизация методов
оптимизации процесса рендеринга сложных
анимационных сцен в Blender 4.5 с эмпирическим
доказательством их эффективности.
Задачи исследования
Анализ теоретических основ PBR и факторов сложности.
Изучение инструментария оптимизации Cycles.
Разработка экспериментального стенда с симуляцией.
Сравнительный анализ производительности.

4. ОБЪЕКТ И ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объект исследования
Процесс рендеринга сложных трехмерных анимационных
сцен в программной среде Blender (движок Cycles).
Алгоритмы и программные методы снижения
вычислительнойнагрузки и времени генерации кадра при
сохранении визуального качества.
Results
Предмет исследования

5. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОбОСНОВАНИЕ

Зачем нужны PBR и PatchTracing?
PBR (Physically Based Rendering) — метод
визуализации, имитирующий физические
законы взаимодействия света с
поверхностью. Он обеспечивает
фотореализм материалов (металл, ткань,
стекло) в любых условиях освещения.
Path Tracing (Трассировка пути) —
алгоритм, который просчитывает путь
каждого луча света с учетом всех его
переотражений. Это позволяет получить
естественные мягкие тени и глобальное
освещение.

6. ФАКТОРЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЛОЖНОСТИ

Динамическая геометрия: Симуляция ткани требует
перестроения иерархии BVH на каждом кадре.
Системы частиц: Миллионы сплайнов волос создают
сверхплотную структуру для трассировки лучей.
Глубина трассировки: Избыточное количество
отскоков (Bounces) увеличивает время расчета.

7. ПРАКТИКА: ГЕОМЕТРИЯ И ЧАСТИЦЫ

ПРАКТИКА: ГЕОМЕТРИЯ И Ч А С Т И Ц Ы
Что было сделано:
Базовое количество сплайнов ворса ("Полотенце") было
снижено с 1 млн до 10 000 родительских направляющих.
Как реализовано:
Активирован алгоритм lnterpolated Children (100 ед.). Это
позволило сохранить визуальную густоту ворса, радикально
сократив время подготовки BVH на стороне CPU.
Скриншот: Настройки системы чacтиц в Blender

8. ПРАКТИКА: ЛИМИТЫ ТРАССИРОВКИ

Что было сделано:
Принудительное ограничение глубины трассировки для
диффузных материалов.
Как реализовано:
В панели Light Paths параметр Total Bounces снижен до 4.
Поскольку ворс является диффузным, дополнительные
отскоки не вносили вклада в картинку, но создавали
избыточный шум и нагрузку.
Скриншот: Панель Max Bounces в Cycles

9. ПРАКТИКА: ШУМОПОДАВЛЕНИЕ И ИТОГ

Что было сделано:
Интеграция нейросетевого денойзинга OptiX и редукция
сэмплинга.
Как реализовано:
Количество сэмплов снижено до 128. Для компенсации
шума использован денойзер на базе тензорных ядер. Это
дало сокращение времени кадра на 84% по сравнению с
базовым замером.

10. СВОДНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Аппаратный стенд: RTX5070 Ti,Ryzen7 7700, З2ГБ RAM.
Этап исследования
Методы оптимизации
Время кадра
Снижение
Базовый замер
Без оптимизации (1024 сэмпла)
01:00.98
0%
Интерполяция ворса(Children)
00:57.14
6,3%
Этап 2
Лимит Max Bounces: 4
00:18.09
70,3%
Финальный этап
Al Denoising + 128 самплов
00:09.83
83,8%
Оптимизация позволила сократить рендеринг 250 кадров с 4 часов до 40 минут.

11. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И В Ы В ОД Ы
Эффективность ИИ: Использование AI-денойзеров признано самым рациональным методом (ускорение
рендеринга почти в 10 раз без потери качества).
Комплексный подход: Только синергия настройки геометрии и математики света дает максимальный результат.
Практическая ценность: Разработанный протокол оптимизации позволяет минимизировать затраты времени и энергии
на производство контента.
Оптимизация сегодня — это ключевой экономический инструментов современной индустрии ЗD-графики.

12. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Институт информационных технологий