3Delight是應用于高端電影級別渲染的軟件渲染器，迄今為止已經參與了無數的電影制作，具體可以參見鏈接。

如果你對3Delight的印象就依然是RenderMan的替代品，那就顯然已經和時代發展脫節了。現在的3Delight是一個完全PBR Unbiased的渲染器，而且完全為了交互式渲染以及云端渲染設計，所以你對它的固有印象可以從看到這篇文章開始徹底改變了。

渲染=數據操作

其實“渲染”這個動作的本身，就是數據處理，你可以用任何流行的思路來對照，比如MapReduce。但是歸根結底，可以認為只有3個概念。

• 數據填充
• 數據修改
• 數據計算

這3個概念可以直接展開，把你所知道所有的計算機圖形學相關的概念和技術都丟入，但是這里不展開。

本文會結合這3個概念，來仔細的闡述3Delight NSI的優點和思路，以及解決的問題。

一切從過程開始

計算機，其實是過程性設備。所謂面向對象，只是軟件設計領域的一個對過程和數據的合并抽象而已，本質上，最后的“執行”這個本身依然是個過程。

那么回顧一下RenderMan API（以下簡稱RI）的設計。

RenderMan

一個完整RI可渲染的場景一般結構如下，來自這里。

1 ##RenderMan RIB-Structure 1.1 2 ##Scene Bouncing Ball 3 ##Creator /usr/ucb/vi 4 ##CreationDate 12:30pm 8/24/89 5 ##For RenderMan Jones 6 ##Frames 2 7 ##Shaders PIXARmarble, PIXARwood, MyUserShader 8 ##CapabilitiesNeeded ShadingLanguage Displacements 9 version 3.03 10 Declare "d" "uniform point" 11 Declare "squish" "uniform float" 12 Option "limits" "bucketsize" [6 6] #renderer specific 13 Option "limits" "gridsize" [18] #renderer specific 14 Format 1024 768 1 #mandatory resolution 15 Projection "perspective" 16 Clipping 10 1000.0 17 FrameBegin 1 18 ##Shaders MyUserShader, PIXARmarble, PIXARwood 19 ##CameraOrientation 10.0 10.0 10.0 0.0 0.0 0.0 20 Transform [.707107 -.408248 -.57735 0 21 0 .816497 -.57735 0 22 -.707107 -.408248 -.57735 0 23 0 0 17.3205 1 ] 24 WorldBegin 25 AttributeBegin 26 Attribute "identifier" "name" "myball" 27 Displacement "MyUserShader" "squish" 5 28 AttributeBegin 29 Attribute "identifier" "shadinggroup" ["tophalf"] 30 Surface "PIXARmarble" 31 Sphere .5 0 .5 360 32 AttributeEnd 33 AttributeBegin 34 Attribute "identifier" "shadinggroup" ["bothalf"] 35 Surface "plastic" 36 Sphere .5 -.5 0. 360 37 AttributeEnd 38 AttributeEnd 39 AttributeBegin 40 Attribute "identifier" "name" ["floor"] 41 Surface "PIXARwood" "roughness" [.3] "d" [1] 42 # geometry for floor 43 Polygon "P" [-100. 0. -100. -100. 0. 100. 100. 0. 100. 10.0 0. -100.] 44 AttributeEnd 45 WorldEnd 46 FrameEnd 47 FrameBegin 2 48 ##Shaders PIXARwood, PIXARmarble 49 ##CameraOrientation 10.0 20.0 10.0 0.0 0.0 0.0 50 Transform [.707107 -.57735 -.408248 0 51 0 .57735 52 -.815447 0 53 -.707107 -.57735 -.408248 0 54 0 0 24.4949 1 ] 55 WorldBegin 56 AttributeBegin 57 Attribute "identifier" "name" ["myball"] 58 AttributeBegin 59 Attribute "identifier" "shadinggroup" ["tophalf"] 60 Surface "PIXARmarble" 61 ShadingRate .1 62 Sphere .5 0 .5 360 63 AttributeEnd 64 AttributeBegin 65 Attribute "identifier" "shadinggroup" ["bothalf"] 66 Surface "plastic" 67 Sphere .5 -.5 0 360 68 AttributeEnd 69 AttributeEnd 70 AttributeBegin 71 Attribute "identifier" "name" ["floor"] 72 Surface "PIXARwood" "roughness" [.3] "d" [1] 73 # geometry for floor 74 AttributeEnd 75 WorldEnd 76 FrameEnd View Code

聰明的你告訴我，你覺得這個場景描述有什么限制？這個問題可能很難回答，但是我們先來提幾個看似簡單的需求。

• 流式更新
• 幾何體數據的修改
• 幾何體屬性的修改
• 材質數據的修改
• 材質和幾何體關系的修改
• 多屏幕計算
• 多屏幕不同分辨率的計算
• 多屏幕不同分辨率不同數據的計算

但是告訴我，如果你想修改這個Mesh的幾何數據，你會如何做？這個答案在RI內，使用負責場景數據，范例如下。

1 RiEditBegin("attribute", "string editlights", "light1", RI_NULL); 2 // specify the coordinate system for light1 3 RiTransform( ... ); 4 RiLightsource( "spotlight", RI_HANDLEID, "light1", "color lightcolor", (RtPointer)&color ); 5 RiEditEnd(); View Code

這套系統只支持非常有限的場景元素的修改，也就是你只能改改Shader參數，移動一下位置如此，也就是我們現在看到常見IPR的所有的操作。

當然這一套系統的限制呢，也是寫的明明白白。

Restrictions, Constraints, and Known Issues
Each re-rendering mode has certain restrictions and limitations that should be considered before being incorporated in a production pipeline. It is our intent to address these in future releases. Below is the current list of restrictions, constraints, and known issues:

• Hider restrictions The only hiders supported are stochastic and raytrace. Sigma buffer and stitching are not supported.
• Camera restrictions Multi-camera rendering is not supported.
• Graphics primitives CSG is not supported.
• Display Progressive refinement is critical to making editing interactive. We have provided a new display driver, multires, that can quickly display the multi-resolution images produced by re-rendering. However, existing display drivers can't display multi-resolution images and will cause the re-renderer to disable progressive refinement, rendering only at the highest resolution.
• Resizable Arrays Traditional shaders with resizeable arrays will not be baked properly, leading to a crash during re-rendering. However, shader object-based shaders do support the use of resizeable arrays.

限制有

• 僅僅是支持stochastic和raytrace 2種Hider。
• 不支持多攝影機渲染。
• 不支持CSG幾何體。
• 需要新的Display Driver支持。
• 不支持變長的Shader數組參數。

那么顯然，這一套系統的缺陷是

• 先后順序存在依賴
• API太多太瑣碎每次都得學新的函數
• 可操作的對象和數據類型受限
• 不支持復雜操作，比如刪除幾何體
• 不支持修改分辨率、攝影機參數等必須參數

來到Nodel Scene API

顯然到了如今，再遵循RenderMan標準，顯然已經沒有意義。如今RenderMan渲染器本身就沒有絲毫優勢，大家的渲染已經更多，已經不是當年那個缺少靠譜的解決方案的時代了。所以，為了克服RenderMan的所有缺點和限制，3Delight重新引入了NSI這么一套API。下面是所有函數列表，對，你沒有看錯，所有的函數。

NSIContext_t NSIBegin(int nparams, const struct NSIParam_t *params );void NSIEnd( NSIContext_t ctx );void NSICreate(NSIContext_t ctx, NSIHandle_t handle, const char *type, int nparams, const struct NSIParam_t *params );void NSIDelete(NSIContext_t ctx, NSIHandle_t handle, int nparams, const struct NSIParam_t *params);void NSISetAttribute(NSIContext_t ctx, NSIHandle_t object, int nparams, const struct NSIParam_t *params );void NSISetAttributeAtTime(NSIContext_t ctx, NSIHandle_t object, double time, int nparams, const struct NSIParam_t *params );void NSIDeleteAttribute(NSIContext_t ctx, NSIHandle_t object, const char *name );void NSIConnect(NSIContext_t ctx, NSIHandle_t from, const char *from_attr, NSIHandle_t to, const char *to_attr, int nparams, const struct NSIParam_t *params );void NSIDisconnect(NSIContext_t ctx, NSIHandle_t from, const char *from_attr, NSIHandle_t to, const char *to_attr);void NSIEvaluate(NSIContext_t ctx, int nparams, const struct NSIParam_t *params);void NSIRenderControl(NSIContext_t ctx, int nparams, const struct NSIParam_t *params);

以上就是所有的函數。

其實從函數名字就可以看到背后的設計思路，雖然還是填充場景對象的數據，但是由于這個不存在任何的依賴關系，所以克服了RI的那幾個重要的缺點，一切的一切只要在調用NSIRenderControl之前即可。用戶可以用這一套API以自己喜歡的順序組織場景，構造節點和節點之間的連接即可。下面來具體用例子解釋如何構造場景。

一個NSI場景

首先從構造一個Plane的片段開始。

1 #include <nsi.hpp> 2 3 4 // Set mesh data. 5 // 6 int plane_shape_nvertices_data[1] = 7 { 8 4 9 }; 10 11 int plane_shape_indices_data[4] = 12 { 13 0, 1, 3, 2 14 }; 15 16 float plane_shape_P_data[12] = // 3 * 4 17 { 18 -50, 0, 50, 19 50, 0, 50, 20 - 50, 0, - 50, 21 50, 0, - 50 22 }; 23 24 int plane_shape_N_data[12] = // 3 * 4 25 { 26 0, 1, 0, 27 0, 1, 0, 28 0, 1, 0, 29 0, 1, 0 30 }; 31 32 NSI::ArgumentList plane_shape_attrs; 33 34 plane_shape_attrs.push(NSI::Argument::New("nvertices") 35 ->SetType(NSITypeInteger) 36 ->SetCount(1) 37 ->SetValuePointer(plane_shape_nvertices_data)); 38 39 plane_shape_attrs.push(NSI::Argument::New("P") 40 ->SetType(NSITypePoint) 41 ->SetCount(4) 42 ->SetFlags(NSIParamInterpolateLinear) 43 ->SetValuePointer(plane_shape_P_data)); 44 45 plane_shape_attrs.push(NSI::Argument::New("P.indices") 46 ->SetType(NSITypeInteger) 47 ->SetCount(4) 48 ->SetValuePointer(plane_shape_indices_data)); 49 50 plane_shape_attrs.push(NSI::Argument::New("N") 51 ->SetType(NSITypeNormal) 52 ->SetCount(4) 53 ->SetFlags(NSIParamInterpolateLinear) 54 ->SetValuePointer(plane_shape_N_data)); 55 56 plane_shape_attrs.push(NSI::Argument::New("N.indices") 57 ->SetType(NSITypeInteger) 58 ->SetCount(4) 59 ->SetValuePointer(plane_shape_indices_data)); 60 61 nsi.SetAttribute(plane_shape_handle, plane_shape_attrs);

對于一個mesh來說，它具備如下幾個內置的屬性

• P
• nvertices
• nholes
• clockwisewinding
• subdivision.scheme
• subdivision.cornervertices
• subdivision.cornersharpness
• subdivision.creasevertices
• subdivision.creasesharpness

顧名思義，這些屬性定義了這個mesh的所有幾何數據，每一個屬性的數據就是一個數組，如同范例C++代碼所展示的一樣。

光有mesh當然不行，還需要transform

1 #include <nsi.hpp> 2 3 // Set transform data, which is identity. 4 // 5 double plane_xform_matrix_data[16] = 6 { 7 1, 0, 0, 0, 8 0, 1, 0, 0, 9 0, 0, 1, 0, 10 0, 0, 0, 1 11 }; 12 13 NSI::ArgumentList plane_xform_attrs; 14 plane_xform_attrs.push(NSI::Argument::New("transformationmatrix") 15 ->SetType(NSITypeDoubleMatrix) 16 ->SetCount(1) 17 ->SetValuePointer(plane_xform_matrix_data)); 18 19 nsi.SetAttributeAtTime(plane_xform_handle, 0.0, plane_xform_attrs); 20 21 // Create plane's mesh and connect it to the last transform. 22 // 23 const std::string plane_shape_handle("planeShape1"); 24 25 nsi.Create(plane_shape_handle, "mesh"); 26 nsi.Connect(plane_shape_handle, "", plane_xform_handle, "objects");

其實非常簡單，這里使用了SetAttributeAtTime，用來定義多個matrix實現運動模糊。末了，直接調用Connect，這樣就把先前構造的mesh放入了transform的objects這個屬性之下，從此這個mesh可以被transform所變換。當然transform是可以包含transform，構造成了層次化的變換。

下面當然是需要附上材質了，我們就用最簡單的lambert。

1 #include <nsi.hpp> 2 3 // Assign lambert shader to the plane. 4 // 5 const std::string plane_xform_attrs_handle = plane_xform_handle + "Attrs"; 6 7 nsi.Create(plane_xform_attrs_handle, "attributes"); 8 nsi.Connect(plane_xform_attrs_handle, "", plane_xform_handle, "geometryattributes"); 9 10 const std::string lambert_shader_handle("lambert1"); 11 12 nsi.Create(lambert_shader_handle, "shader"); 13 14 char lambert_shader_name[256]; 15 sprintf(lambert_shader_name, "%s/maya/osl/lambert", delight_dir); 16 17 nsi.SetAttribute(lambert_shader_handle, (NSI::StringArg("shaderfilename", lambert_shader_name), 18 NSI::FloatArg("i_diffuse", 0.8))); 19 20 nsi.Connect(lambert_shader_handle, "", plane_xform_attrs_handle, "surfaceshader");

這里需要先構造attributes，然后把這個attributes和之前創造的transform節點的geometryattributes連接，這樣所有attributes都會被所有transform的objects所繼承，從此那個mesh就會附上了這個lambert材質。當然此shader實例可以用同樣的方式共享給其他的幾何體。

還有更多的代碼可以從nsi-example這個開源項目看到完整的源代碼。

感興趣的用戶可以直接到3Delight Download下載試用版體驗最新3Delight，體驗其卓越的性能和所有功能特色。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的3Delight NSI: A Streamable Render API的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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