pov ray for windows что это за программа
Программы рендеринга POV-Ray, LuxRender и Blender в качестве теста процессоров и ПК: изучаем зависимость теста от количества ядер процессора, тактовой частоты процессора и частоты памяти
Эта статья является третьей в цикле, посвященном различным реальным приложениям, которые могут использоваться для тестирования процессоров, компьютеров, ноутбуков и рабочих станций и которые в дальнейшем будут положены в основу нового тестового пакета iXBT Application Benchmark 2017. Напомним, что в первой статье данного цикла мы рассматривали два специализированных приложения LAMMPS и NAMD, которые используются для решения задач молекулярной динамики. Во второй статье мы уделили внимание специализированным математическим пакетам FFTW и GNU Octave. В нынешней же мы рассмотрим программы, которые используются для рендеринга трехмерных сцен. Всего рассматривается три популярных рендера: POV-Ray 3.7, LuxRender 1.6 и Вlender 2.77a.
POV-Ray 3.7
POV-Ray — это бесплатная программа с доступным исходным кодом, которая позволяет создавать трехмерные, фотореалистичные изображения с использованием техники рендеринга, называемой трассировкой лучей.
Программа читает текстовые файлы, в которых хранится информация, описывающая объект и освещение сцены, и генерирует сцену из определенной точки расположения камеры (которая также описана в файле).
Имеются скомпилированные под Windows версии программы.
В программе POV-Ray 3.7 имеется встроенный бенчмарк (POV-Ray benchmark 2.01), который может запускаться как из меню главного окна программы (Render→Run Benchmark (All CPU’s)), так и из командной строки. При тестировании мы запускаем бенчмарк в режиме командной строки, поскольку это просто удобнее. Синтаксис команды следующий:
Вообще, скорость работы рендеров часто измеряется в PPS (Pixel Per Second), то есть в количестве отрендеренных пикселей за секунду. Но в нашем случае измеряется именно время рендеринга всей сцены.
LuxRender 1.6 x64 OpenCL
LuxRender относится к категории фотореалистичных или физически точных (без допущений) рендеров. Это бесплатная программа с удобным пользовательским интерфейсом. Сцены для LuxRender могут быть подготовлены в различных 3D-программах, таких как Blender, 3DS Max, Maya и пр.
Имеются версии LuxRender под Windows, Mac OS X и операционные системы на базе ядра Linux. При тестировании мы используем 64-битную Windows-версию программы с поддержкой технологии OpenCL (LuxRender 1.6 x64 OpenCL).
На сайте разработчика можно скачать сцену (luxtime.lxs), которую рекомендуется использовать для тестирования.
Поскольку LuxRender является фотореалистичным рендером, процесс рендеринга в нем может длиться бесконечно долго. Точнее, он длится до тех пор, пока пользователь не остановит процесс при достижении удовлетворительного качества. Пользовательский интерфейс программы LuxRender позволяет задать условия, при достижении которых рендеринг будет остановлен. Это могут быть временны́е ограничения, когда задается время рендеринга, либо ограничения по качеству, которое задается в S/p (Samples per pixel). Хорошее качество достигается при значении 100 S/p, однако такое качество требует очень продолжительного времени рендеринга. Поэтому при тестировании мы ограничиваем качество на уровне 30 S/p, измеряя время рендеринга, которое требуется для достижения такого качества.
Вlender 2.77a
В отличие от LuxRender и POV-Ray, Blender) — это уже полноценный редактор трехмерной графики и анимации. Приложение бесплатное и включает в себя средства моделирования, анимации, постобработки и монтажа видео со звуком и, что самое главное, средства рендеринга.
На сайте производителя есть версии этого программного пакета под Mac OS X, Linux и Windows. Для тестирования мы используем 64-битную Windows-версию Вlender 2.77a.
Кроме того, на сайте производителя есть примеры сцен, которые можно использовать для тестирования. Мы используем сцену BMW Benchmark (файл BMW27.blend.zip).
Для тестирования мы используем следующую команду:
Тестовый стенд и методика тестирования
В ходе тестирования замерялось время выполнения тестовых задач.
Рассматривалась зависимость результатов тестирования от количества используемых ядер процессора, от частоты ядер процессора и от частоты памяти.
Зависимость результатов от количества ядер процессора
Количество используемых в ходе тестирования ядер процессора Intel Core i7-6950X регулировалось через настройки UEFI BIOS платы Asus Rampage V Edition 10. Напомним, что процессор Intel Core i7-6950X является 10-ядерным, но поддерживает технологию Hyper-Threading, поэтому операционной системой и приложениями он видится как 20-ядерный (имеет 20 логических ядер).
Мы не отключали технологию Hyper-Threading и меняли лишь количество физических ядер процессор от 1 до 10. В дальнейшем мы будем говорить о логических ядрах процессора, количество которых менялось от 2 до 20 с шагом 2.
Частота работы всех ядер процессора фиксировалась и составляла 4,0 ГГц.
Результаты тестирования следующие:
Для всех рендеров время выполнения тестовой задачи зависит от количества процессоров примерно одинаково. При удвоении числа ядер процессора время выполнения теста уменьшается примерно в 2 раза, скорость выполнения тестовых задач меняется почти линейно в зависимости от числа ядер процессора. Это особенно хорошо видно по графику зависимости нормированной скорости выполнения тестовых задач от числа ядер процессора (нормируется относительно времени выполнения задач на двух логических ядрах процессора).
Для рендеров POV-Ray и LuxRender скорость выполнения тестовых задач меняется линейно в зависимости от числа ядер процессора фактически во всем диапазоне: при увеличении числа ядер от 2 до 20 скорость возрастает почти в 10 раз. Для рендера Blender линейная зависимость скорости выполнения тестовой задачи от числа ядер процессора наблюдается лишь в диапазоне от 2 до 12 ядер. При большем количестве ядер (от 12 до 20) зависимость тоже почти линейная, но коэффициент линейной зависимости уже меньше. В результате при увеличении числа ядер от 2 до 12 скорость возрастает почти в 5,5 раза, а при увеличении числа ядер от 2 до 20 скорость возрастает в 7,7 раза.
Зависимость результатов от частоты процессора
Частота ядер процессора Intel Core i7-6950X менялась в настройках UEFI BIOS платы Asus Rampage V Edition 10 путем изменения коэффициента умножения. Частота работы всех ядер фиксировалась (то есть режим Turbo Boost отключался). Использовались все ядра процессора (10 физических/20 логических). Частота менялась от 3,0 ГГц до 4,2 ГГц с шагом 200 МГц.
Результаты тестирования следующие:
Как видно по результатам тестирования, во всех трех рендерах время выполнения тестовых задач зависит от частоты ядер процессора практически одинаково. При увеличении частоты с 3 до 4,2 ГГц (увеличение на 40%) время выполнения тестовых задач уменьшается примерно на 24%.
Зависимость результатов от частоты памяти
Теперь рассмотрим зависимость скорости выполнения тестовых задач от частоты работы памяти. Память DDR4 работала в четырехканальном режиме (по одному модулю на канал), а частота памяти менялась в настройках UEFI BIOS в диапазоне от 1600 МГц до 2800 МГц c шагом в 200 МГц. Тайминги памяти фиксировались и не менялись при изменении частоты. Все ядра процессора работали на частоте 4,0 ГГц.
Результаты тестирования следующие:
Как видим, скорость выполнения тестовых задач во всех рендерах никак не зависит от частоты работы памяти. По крайней мере, в четырехканальном режиме работы пропускной способности памяти DDR4 вполне достаточно даже на частоте 1600 МГц, и дальнейшее увеличение частоты памяти не позволяет ускорить выполнение тестовых задач.
Это типичный для большинства приложений результат. Приложения, скорость работы которых зависит от частоты памяти — это, скорее, исключение из правил.
Заключение
Итак, в этой статье были рассмотрены три приложения для рендеринга: POV-Ray 3.7, LuxRender 1.6 и Вlender 2.77a. На примере 10-ядерного процессора Intel Core i7-6950X было показано, что, во-первых, тестовые задачи в этих пакетах отлично распараллеливаются на все ядра процессора и загружают их на 100%. Именно это обстоятельство позволяет рассматривать данные приложения как отличный вариант для тестирования многоядерных процессоров. Зависимость скорости выполнения тестовых задач от числа ядер процессора является почти линейной для всех рендеров.
Во-вторых, было показано, что время выполнения тестовых задач во всех трех рендерах линейным образом зависит от частоты ядер процессора. При увеличении частоты процессора на 40% время выполнения тестовых задач уменьшается примерно на 24%.
В-третьих, было показано, что время выполнения тестовых задач во всех трех рендерах никак не зависит от частоты памяти DDR4 (в четырехканальном режиме и в диапазоне от 1600 до 2400 МГц).
В следующей статье данного цикла мы рассмотрим два видеоконвертора: HandBrake 0.10.5 и MediaCoder 0.8.45.5852.
Трассировка лучей c помощью Pov-Ray
В качестве хорошей аналогии довольно сложного математического процесса трассировки лучей можно рассмотреть комнату с одним открытым окном. Вообразим, что в ней только что покрасили в разные цвета стены, пол, потолок, а заодно и все, что находится внутри. Краска еще не высохла. Вообразим теперь, что кто-то бросает в окно этой комнаты очень прыгучий резиновый мячик. Мячик начнет прыгать по комнате, стукаясь о свежевыкрашенные поверхности и собирая на себя их краску. Так будет продолжаться до тех пор, пока этот бесконечно прыгучий мяч не вылетит обратно в окно. Так вот, тот цвет, в который в результате окрасится мячик, и будет соответствовать цвету той точки окна-дисплея, через которую он вылетел из комнаты-сцены.
Если же перейти от аналогий к более строгому определению этого математического метода, то происходит обратная трассировка лучей света от воображаемого глаза наблюдателя через каждый пиксел экрана, сквозь который наблюдатель смотрит на сцену, со всеми возможными преломлениями и отражениями внутри сцены к источнику или источникам света. Для каждого луча определяются возможные точки пересечения с поверхностями геометрических объектов, формирующих сцену. Для каждой поверхности, пересекаемой лучом, определяется расстояние от наблюдателя до точки пересечения.
Поверхность с минимальным расстоянием считается видимой наблюдателем. Для этой поверхности производится математическое отражение луча, а если поверхность частично или полностью прозрачна, то и преломление луча. Отраженный и преломленный лучи называются вторичными лучами, и для них повторяется та же самая процедура, что и для исходного первичного луча, а именно поиск пересекаемых поверхностей, сортировка по расстоянию и вычисление новых вторичных лучей. Все пересекаемые поверхности с минимальными расстояниями включаются в так называемое двоичное дерево трассировки, где, например, левые ветви используются для отраженных лучей, а правые для преломленных. Максимальная «глубина» трассировки лучей либо задается пользователем, либо определяется самой программой-трассировщиком в зависимости от наличия свободной памяти.
Затем для определения цвета пиксела производится проход дерева снизу вверх, при котором суммируются интенсивности цвета всех поверхностей, пересеченных первичным и всеми вторичными лучами с учетом затухания. Если ни одна из поверхностей не была пересечена первичным лучом, то пикселу присваивается цвет фона. Проблемы вычисления интенсивности цвета поверхностей очень подробно разбираются в работе [1].
Как это делается?
Трассировка лучей используется в МГ давно и успешно. Программы, выполняющие трассировку, нередко являются составной частью сложных систем геометрического моделирования, таких как, например, Alias Power Animator. Однако надо заметить, что, обеспечивая очень высокое качество изображений, трассировка лучей как метод визуализации требует довольно много времени и, как правило, применяется на финальных стадиях подготовки изображений. Зачастую одна картинка может трассироваться на протяжении нескольких часов и даже суток, но результаты оправдывают затраты. Совсем недавно это обстоятельство препятствовало широкому распространению трассировки среди пользователей ПК. Однако сейчас, когда мощные и сравнительно дешевые Pentium-системы сильно потеснили дорогие профессиональные графические рабочие станции, трассировка лучей и удивительные миры света и теней могут войти в каждый дом и в каждую лабораторию.
POV-Ray: общая характеристика
Простые сцены для трассировки
Рассмотрим, как описываются сцены в POV-Ray. На рис. 2 приведен пример описания простой сцены для трассировки.
povray +Imy_scene.pov +Omy_scene.tga +FT +V +D +H400 +W400
Параметры программы определяют, где находится файл описания сцены и в каком файле сохранить картинку, а также задают режим синхронного вывода изображения на экран дисплея и размер самого изображения 400×400. Результат работы программы приведен на рис. 3. Надо заметить, что рисовать картинку в процессе трассировки вовсе не обязательно, так как она будет записана в файл изображения по окончании процесса. Это позволяет выполнять трассировку на удаленных компьютерах в пакетных режимах счета.
Посмотрим теперь, как можно изменить внешний вид объектов, добавив тем самым больше реализма в изображение. Например, заменив в описании сферы графические атрибуты на
получим вместо гладкой сферы иллюзию ноздреватой поверхности, напоминающую экзотический фрукт. Единственное, что мы добавили в описание сферы, это указание программе произвести псевдослучайные пертурбации нормалей к поверхности сферы, что привело к искажению изображения ее поверхности. Можно заметить, что сама геометрия поверхности не изменилась.
Кроме прямого манипулирования параметрами цвета и нормалями к поверхности можно воспользоваться богатой палитрой цветов и текстур, сопровождающих POV-Ray. Библиотека текстур включает различные материалы, такие как металл, стекло, камень и дерево.
Более сложные сцены для трассировки
К ним относятся объекты с «размытой» границей, которые можно использовать для моделирования облаков, тумана, пыли, дыма, пламени и светящихся газов. Для этих целей служат объекты halo, которые строятся на основе геометрических примитивов POV-Ray. Так, например, пламя, смоделировано в описании (рис. 8) путем превращения в объект halo уже известной нам сферы. Параметры объекта halo указывают, что объект должен излучать свет. Цвет объекта определяется заданной таблицей цветов с ее сферическим отображением на объем объекта с заданными параметрами и турбулентностью.
Рисунок 8.
Описание сцены с объектом halo.
Чтобы дать общее представление о том, как с помощью простых и сложных объектов, текстур и световых эффектов можно создавать сложные виртуальные миры, объединим все вместе и рассмотрим, как сделана сцена. Это «классический» для МГ чайник, смоделированный POV-Ray в стиле Tiffany&Co, к которому для пущей выразительности добавим еще пара.
Основная часть описания этой сцены приведена на рис. 10. Команда plane описывает горизонтальную плоскость, на которой стоит чайник. Цвет плоскости задан компонентами красного, зеленого и синего цветов. Затем в программе определяются четыре сложных геометрических объекта с именами Cyl1_Pot, Cyl2_Pot, Cyl3_Pot, Tri_Pot, описанные в файлах с именами teapot.c1, teapot.c2, teapot.c3, teapot.tri соответственно. В этих файлах задаются цилиндры, задающие диагональные, горизонтальные и вертикальные сечения чайника, а также треугольники, задающие его поверхность. Эти файлы большие и скучные, так как состоят только из обращений к примитивам cylinder<> и triangle<>, и потому мы их пропустим, отметив, что POV-Ray позволяет разбивать сцены на модули и хранить их в разных файлах.
Рисунок 10.
Описание сцены «чайник с паром».
Следующей в описании сцены встречается команда union<>, объединяющая в одну сцену три группы цилиндров, треугольники и пар. Цилиндрам придана золотая текстура. Для треугольников используется такая же текстура, но с пертурбацией нормалей. Наконец, пар смоделирован как объект halo внутри задающего перевернутого конуса, приблизительно так, как это рассматривалось в предыдущем примере. Пар первоначально смоделирован в начале координат, а затем смасштабирован до требуемых размеров с помощью команды scale<> и перенесен к носику чайника командой translate<>. В заключение все объекты, объединенные командой union<>, сдвигаются вдоль координат y и z, с поворотом вокруг осей X и Y.
Здесь на помощь могут прийти диалоговые геометрические моделирующие программы, которые позволяют интерактивно размещать в трехмерном пространстве геометрические объекты, задавать источники света, определять положение наблюдателя и назначать графические атрибуты и материалы отдельным объектам. Результатом работы таких программ является файл в формате POV-Ray описывающий моделируемую сцену. Затем файл отрисовывается программой POV-Ray, и делаются необходимые изменения, чтобы наконец запустить окончательную трассировку.
Если хочется большего
POV-Ray поддерживается и, можно сказать, питается своими пользователями. Кроме основного набора функций, которые выполняет POV-Ray, существует еще очень много дополнительных библиотек и расширений программы. Часть из них поддерживается собственно POV-Ray team, но гораздо больше сделано и распространяется для POV-Ray его пользователями. Список того, что можно делать с помощью всех этих утилит и расширений, велик и разнообразен. Это и автоматическое моделирование деревьев, цепей и канатов. Это и набор линз и соответствующих эффектов для наблюдения смоделированных сцен. Это и средства, позволяющие «взорвать» любой сложный объект POV-Ray и превратить его в красиво разлетающиеся кусочки. Это и программы генерации ракушек и змей. Наконец, это программа конверсии файлов описания рельефа Digital Elevation Model.
Достаточно интересно расширение POV-Ray, разработанное R. Сузуки ( http://www.public.usit.net/rsuzuki/e/povray/ ), которое позволяет производить трассировку объектов, заданных любой вещественной функцией вида f(x,y,z), где точки считаются принадлежащими объекту, если функция их координат больше или равна нулю. Это расширение позволяет включать практически любой тип геометрического объекта в моделируемую сцену. О математических методах моделирования геометрических объектов с помощью таких функций говорилось в статье [5], авторы которой используют упомянутое расширение POV-Ray для получения качественных изображений.
Технические характеристики
Заключение
Конечно, в небольшой статье трудно рассказать обо всем, что можно делать с помощью методов трассировки лучей. Читателей, мало знакомых с проблемой, эта статья может натолкнуть на идею применения возможностей машинной графики в своей работе, а специалистам укажет путь к громадным ресурсам freeware программного обеспечения, связанного с трассировкой лучей и удивительными мирами геометрии, света и текстур.
Pov ray for windows что это за программа
Starting with version 3.7, POV-Ray is released under the AGPL3 (or later) license and thus is Free Software according to the FSF definition.
- «Free software» means software that respects users’ freedom and community. Roughly, the users have the freedom to run, copy, distribute, study, change and improve the software. With these freedoms, the users (both individually and collectively) control the program and what it does for them.
| What’s New |
| | ||
| |||
| | ||
| |||
| Windows Binary |
| | ||
| |||
| | ||
| |||
| Benchmarking |
| | ||
| |||
| | ||
| |||
| POV-Ray Source Code |
| | ||
| |||
| | ||
| |||
| Old Versions of POV-Ray |