چگونه لينوكس دنياي جلوه‌هاي ويژه و صنعت انيميشن‌سازي را دگرگون كرد؟ (قسمت پایانی)

اين مطلب يكي از مقالات بخش ويژه نشريه ماهنامه شبكه در شماره 125 با عنوان جشن نامه 20 سالگی لینوکس مي‌باشد. جهت دريافت اين بخش ويژه به بخش پرونده‌هاي ويژه سايت مراجعه نمائيد.

شاید هنوز هم بسیاری از کاربران عادی، علاقه‌اي به استفاده از لینوکس نداشته باشند و دلیلی نمي‌بينند سیستم‌عامل محبوب خود یعنی ویندوز را با لینوکس پر‌رمز و راز عوض‌کنند. اما مدت‌ها است که قابلیت‌های لینوکس براي همه آشکار شده و متخصصان حوزه دیجیتال استفاده از آن‌ را در بسیاری از کاربردها حیاتی‌مي‌دانند. صنعت جلوه‌هاي بصری از جمله استفاده‌کنندگان لینوکس است که در یک روند طولانی، مهاجرت عظیمی را به سوی این راهکار تجربه کرده است. در اين مقاله چگونگی روی آوردن صنعت انیمیشن و جلوه‌هاي بصری به لینوکس و برخی از موارد مهم در این‌باره را مرور خواهیم کرد. در این مطلب به شرکت‌هایی نظیر Digital Domain، ILM، پيكسار و دريم وركز انيميشن خواهیم پرداخت؛ در اینجا بیشتر تمرکز بر چگونگی تغییر مسیر این شرکت‌ها به سوی سیستم‌های مبتنی‌بر لینوکس بوده و از پرداختن به پروژه‌هاي اخیر آن‌ها صرف‌نظر شده است.

پس از تایتانیک
شركت Side Effects در آگوست 1999 از ارائه نرم‌افزار سه‌بعدی محبوب و گران‌قیمت خود روي سیستم‌عامل لینوکس خبر‌داد. این شرکت تا آن زمان نخستین شرکت فعال در حوزه انیمیشن سه‌بعدی بود که محصولی روي این پلتفرم ارائه کرد.پاول سالويني (Paul Salvini)، مدیر بخش تحقیق و توسعه Side Effects در آن دوره بیان کرده بود: «بسیاری از مشتریان ما با ایستگاه‌های کاری مبتنی‌بر یونیکس (Irix) بالغ‌شده‌اند و انعطاف‌پذیری، قابلیت کنترل و رابط آشنايي را که این سیستم‌ها ارائه مي‌کنند، مي‌پسندند. با ارائه Houdini روی لینوکس، مشتریان مي‌توانند، در یک محیط مشابه یونیکس کار کنند و از مزایای ایستگاه‌های کاری با عملکرد بالای مبتنی‌بر اینتل بهره‌مند شوند.» در این راه، Side Effects از کمک Xi Graphics و Evans & Sutherland بهره برد.

در آن زمان، لینوکس همچنان محدودیت‌های گرافیکی نظیر عدم پشتیبانی از شتابدهی سخت‌افزاری OpenGL را داشت. ارائه محصولی نظیر Houdini برای لینوکس، به شتابدهی سخت‌افزاری نیاز داشت تا بتواند در بین رقبا حرفی برای گفتن داشته باشد، اما دستیابی به شتاب‌دهی سخت‌افزاری اغلب نیازمند وجود نرم‌افزارهایی است که بتوانند با درایورها کار کنند؛ از سوی دیگر سازندگان کارت‌های گرافیکی، درایورهای لازم را ارائه نکرده بودند؛ زیرا نرم‌افزاری که بخواهد از آن‌ها استفاده كند، وجود نداشت. Side Effects برای حل این مشکل، به نوعی مسئله را دور زد و OpenGL شتاب‌دهی شده توسط نرم‌افزار را ارائه داد که به درایورهای ویژه کارت‌های گرافیکی نیاز نداشت، اما جایگزینی کند و پردردسر بود، با این‌اوصاف، به‌منظور تشویق صنعت جلوه‌هاي بصری برای حرکت به سوی لینوکس کافی بود.

شکل 3- نمونه‌اي از رندرفارم مورد استفاده توسط پیکسار

وقتی جای پای لینوکس در طرف رندرفارم محکم شد و در سوی ایستگاه‌هاي کاری گرافیکی هم پیشرفت‌هایی رخ داد، اوضاع برای شکل دادن به صنعت جلوه‌هاي بصری آماده بود. به اين ترتيب، در گردهمايي VES 2000 Linux Summit، 45 نماینده از 24 شرکت جلوه‌هاي بصری در کالیفرنیا گرد هم آمدند تا درباره لزوم مهاجرت ازسیستم‌های SGI مبتنی‌بر Irix و حرکت به سوی سیستم‌های مبتنی‌بر لینوکس بحث کنند. در این نشست که دريم‌وركز هم در سازماندهی آن سهیم بود، روي نیاز به وجود نرم‌افزارهای طرف ثالث تمرکز شد. زیرا در آن زمان از میان بیش از بيست بسته گرافیکی استاندارد مورد استفاده در صنعت، فقط پنج مورد برای لینوکس عرضه شده‌بودند و بدتر از همه این‌که فروشندگان نرم‌افزار گمان مي‌کردند، لینوکس سیستم‌عاملی نیست که توسط صنعت مورد استفاده قرار گیرد. این شرایط از جمله عواملی بودند که سبب مي‌شد، اغلب استودیوها خودشان شروع به ارائه نرم‌افزارهای مبتنی‌بر لینوکس كنند. در همین حين، VES با برگزاری کارگاه‌هایی، نیاز به ارائه چنین نرم‌افزارهایی را به فروشندگان نرم‌افزار گوشزد مي‌كرد.

نکته مهم این بود که در همان زمان هم برخی از نرم‌افزاريي، نظیر PRMan پیکسار که طبق ادعای این شرکت، نسخه لینوکسي آن سال‌ها در اختیار پیکسار بوده است، در هر صورت، نسخه لینوکس Houdini شرکت Side Effects نخستین محصولی بود که ارائه آن به‌طور عمومی اعلام شد. سرانجام فشارهايي که از سوی نهادهایی نظیر VES اعمال شد، تأثیر خود را گذاشت و تا نمايشگاه SIGGRAPH سال 2001 (حدود آگوست 2001) نرم‌افزارها و مجموعه ابزارهای کامل مدل‌سازی و رندر نظیر Maya (آن موقع متعلق به Alias|Wavefront و اكنون  اتو دسك )، Softimage XSI شرکت Avid، Filmbox شرکت Kaydara، RAYZ شرکت Silicon Grail و Shake از Nothing Real براي لينوكس ارائه شدند.

شکل 4- رندرفارمی که از سوي دريم‌وركز انيميشن‌ مورد استفاده قرار گرفت.

مهاجرت صنعت جلوه‌هاي بصری به‌سوی لینوکس چند اثر متقابل جالب توجه را که حامیان اپن‌سورس به احتمال تا پیش از این به آن توجهی نکرده بودند، به‌نمایش گذاشت. Axyz Animation در تورنتو همه ایستگاه‌هاي کاری خود را با کامپیوترهای مبتنی‌بر لینوکس عوض‌کرد، جان‌كولدريك انیماتور ارشد Axyz در آن دوره بیان کرد، اگر مبدأ مهاجرت Irix باشد، جنبه هزینه اهمیت مي‌یابد و اگر مبدأ NT باشد، جنبه فناوری اهمیت دارد: «لینوکس در مقایسه با Irix چیز بیشتری ارائه نمي‌دهد، به‌جز این‌که درواقع ارزان‌تر است. اما چیزی که درباره لینوکس خارق‌العاده است، مقیاس‌پذیری (scalability) آن است. اگر شما با هشت ایستگاه کاری مبتنی‌بر NT کار را شروع کنید، مشکلی برای شما پیش نمي‌آید. اما اگر این تعداد به هفتاد تا صد برسد، به مشکلات عمده‌اي بر‌مي‌خورید. حال آن‌که با لینوکس آن مشکلات را ندارید.» برای پیکسار، ارزان بودن راهکار لینوکس مهم‌ترین عامل برای حرکت این شرکت به سوی این سیستم‌عامل نبود. داروين‌پيچي معاون فناوری پیکسار مي‌گويد: «بسیاری از افراد میل دارند که روی هزینه متمرکز شوند، اما در این سطح قیمت، هزینه مهم‌ترین موضوع نیست. موضوع مهم‌تر توجه به این است که کدام سخت‌افزار کارایی بهتری دارد. در حال حاضر، ایستگاه‌هاي کاری مبتنی‌بر اینتل با گرافیک‌های مبتنی‌بر Nvidia یا ATI  این کارایی را دارند. این سیستم‌ها اکنون ایستگاه‌هاي کاری سنتی مبتنی‌بر RISC (نظیر SGI) را در حوزه کارایی گرافیکی و پردازشی تحت‌الشعاع قرار داده‌اند.»

در همان  زمان، اد لئونارد، مدیر فناوری شرکت دريم وركز انيميشن در اظهار نظری از لزوم جبران هزینه‌هاي مربوط به محاسبات كامپيوتري توسط فیلم‌ها سخن گفته بود: «سال‌ها، مقادیر زیادی از سیستم‌های SGI را خریداری كرده‌ایم. آن‌ها پس از کار روی چند فیلم قابلیت خود را از دست مي‌دهند. اما به‌دلیل هزینه بالای چنین سرمایه‌گذاری شما مجبورید که پنج سال از چنین سخت‌افزاری کار بکشید. امروزه و با راهبرد اینتل/ لینوکس، در حال حرکت به سمتی هستیم که آن‌را محاسبات قابل دور ريختن (Disposable Computing) مي‌نامیم. فرآيند تولید فیلم به‌طور کلی دو سال طول‌مي‌کشد و در طول این مدت زمان، فناوری چندین گام به‌جلو بر‌مي‌دارد. ما به‌طور معمول انتظار داریم، بخش بزرگی از هزینه‌هاي صرف شده برای سخت‌افزار خود را با تولید هر فیلم جبران کنیم. بنابراین، با هر فیلم جدید، به سرمایه‌گذاری برای یک رندرفارم جدید مي‌پردازیم.» به این ترتیب، تا سال 2003 بخش عمده‌اي ازصنعت جلوه‌هاي بصری و انیمیشن به لینوکس روی آورده بود؛ شرکت‌هایی نظیر Rhythm & Hues، پيكسار، دريم وركز و ILM  از جمله این شرکت‌ها بودند.
 

پيكسار و ILM
در سال 2003 ميلادي، پيكسار سرورهای ساخت سان مايكرو‌سيستمز رندرفارم خود را با نمونه‌هاي اينتلي جایگزین‌کرد. این هشت سرور تیغه‌ای (blade  server) جدید شامل 1024 پردازنده 2,8 گیگاهرتزی Xeon اینتل بود و سیستم‌عامل لینوکس را اجرا می‌کرد. تام گيبز (Tom Gibbs)، مدیر بازاریابی صنعتی اینتل در همان روزها بیان کرده بود: «این یک مهاجرت کامل است. آن‌ها در حال دور شدن از Sun Solaris و آمدن به سمت سرورهای مبتنی‌بر اینتلی هستند که لینوکس را اجرا می‌کنند.» به عنوان بخشی از روند حرکت به‌سوی اینتل، پیکسار نرم‌افزار Renderman را برای اجرا روي لینوکس ارائه داد. استفاده از سیستم RackSaver برای فیلم باورنكردني‌ها (The  Incredibles) در نظر گرفته شده بود. پیش از این، تعدادی از استودیوهای فیلم‌سازی، کامپیوترهای یونیکس که شامل پردازنده‌هاي RISC مي‌شدند، نظیر UltraSparc III شرکت سان‌مايكروسيستمز را تعویض کرده بودند. به‌عنوان مثال، ILM کامپیوترهای مبتنی‌بر RISC شرکت SGI که یونیکس را اجرا مي‌کردند (ایستگاه‌های کاری هنرمندان)، تعویض کرد و به‌جای آن دسکتاپ‌هاي دل مجهز به تراشه‌هاي اینتل و نرم‌افزار لینوکس را انتخاب كرد. در این زمان ILM اعلام کرد، ‌ششصد ایستگاه کاری پنتيوم 4 را به‌کار گرفته است. همچنین ILM یک رندرفارم مجهز به پردازنده‌هاي Athlon شرکت AMD را راه‌اندازي كرد. به عقیده این شرکت، ایستگاه‌های کاری اینتل حدوداً بيست درصد قیمت ایستگاه‌های کاری SGI را که چند سال پیش خریداری شده بود، داشته و حدود سه برابر سریع‌تر بودند. سیستم‌های RISC-Unix ارائه شده از سوی شرکت‌هایی نظیر SGI برای سال‌ها بر هالیوود مسلط بودند. اغلب نرم‌افزارهای گرافیکی پیشرفته برای کامپیوترهای مبتنی‌بر RISC نوشته‌شده‌بودند. شرکت‌های توسعه‌دهنده سيستم‌هاي RISC تراشه‌ها و کامپیوترهای خود را مي‌ساختند و نسخه‌هاي مبتنی‌بر یونیکس ویژه خود را توسعه‌مي‌دادند. اما کم‌کم فاصله كارايي ميان دو معماري کم ‌شد و توسعه‌دهندگان نرم‌افزار نظیر Alias/Wavefront محصولات خود را به سوی ماشین‌های اینتل کشاندند. علاوه‌بر این، چندین شرکت که ایستگاه‌های کاری حول تراشه‌هاي RISC مي‌ساختند، از بازار خارج شدند. از طرفی یافتن کارکنانی با تجربه براي کار روی ماشین‌های مبتنی‌بر ویندوز یا لینوکس و تراشه‌هاي سازگار با اینتل ساده‌تر بود. با این‌حال، ماشین‌های RISC-Unix به‌طور کامل از بین نرفتند.

ILM تجربه روی ایستگاه‌های کاری مبتنی‌بر اینتل را زمانی‌که روي بخش نخست جنگ‌های ستاره‌اي کار مي‌کرد (Star Wars Episode I: The Phantom Menace) آغاز كرد و از این سیستم‌ها به‌طور گسترده‌اي در Episode II: Attack of the Clones استفاده کرد. این شرکت از این ماشین‌ها در فیلم‌هایی نظیر Harry Potter and the Chamber of Secrets و نیز Terminator 3: Rise of the Machines بهره برد.

DreamWorks Animation
در سال 2007 بيشتر استودیوهای بزرگ فیلم‌سازی از لینوکس برای تولید انیمیشن و جلوه‌هاي بصری استفاده مي‌کردند. اما شاید در آن زمان هیچ‌استفاده تجاری از لینوکس گسترده‌تر از استفاده DreamWorks Animation از این سیستم‌عامل نبود. این استودیو، بیش از هزار دسکتاپ لینوکس و بیش از سه هزار پردازنده سرور را در اختیار گرفته بود. این استودیو در نظر داشت، نزدیک به بيست میلیون پردازنده  ساعت را صرف رندر فیلم Shrek 3 کند. اد لئونارد معتقد بود، «هر کدام از فیلم‌های ما به توانایی‌هايي بیشتر از آنچه موجود است، نیاز دارد و این نیازمند توان پردازشی بیشتر و بیشتری است.» قسمت نخست شرک در سال 2001 حدود پنج میلیون پردازنده ساعت رندر را استفاده کرد. برای رندر فریم‌های این انیمیشن از سرورهای لینوکس بهره گرفته شد. با این‌حال، بخشی از انیمیشن همچنان روي تعدادی از کامپیوترهای SGI که سيستم‌عامل Irix را اجرا مي‌کردند، ساخته شد.

محيط كار مبتنی‌بر لینوکس این استودیو در آن زمان از ایستگاه‌های کاری مبتنی‌بر پردازنده‌هاي دو هسته‌اي Pentium III استفاده مي‌کرد و این استودیو در‌نظر‌داشت، در محيط كاري جدید از تراشه‌هاي Pentium 4 و تراشه پیشرفته Itanium اینتل استفاده کند. در انیمیشن Spirit: Stallion of the Cimarron، این استودیو از بیش از دویست ایستگاه کاری اچ‌پي‌مجهز به پردازنده‌هاي اينتل به همراه کارت‌های گرافیک FX شرکت اچ‌پي استفاده کرده بود. اچ‌پي از جمله شرکت‌هایی بود که از همان اوایل و با شروع مهاجرت استودیوها به سوی لینوکس، پشتیبانی‌هاي خوبی از این جریان کرده بود. از جمله مشکلاتی که DreamWorks Animation در زمینه استفاده از لینوکس با آن مواجه شد، فقدان برخی از ابزارهای مورد نیازش بود. به‌عنوان مثال، یکی از مهم‌ترین این ابزارها، برنامه‌اي نظیر فتوشاپ بود. ادوبي شرایطی را فراهم نکرد که DreamWorks Animation نسخه‌اي مبتنی‌بر لینوکس از این نرم‌افزار داشته باشد. در نتیجه، برخی از کارهای مربوط به فتوشاپ روی مکینتاش‌های شركت اپل انجام می‌شد. با این حال، DreamWorks Animation ديگر سازندگان نرم‌افزار را تشویق کرد تا به ساخت نسخه‌هاي مبتنی‌بر لینوکس بپردازند و اچ‌پي هم این چرخه را کامل کرد. به‌ عنوان مثال، اچ‌پي برنامه‌اي نوشت که اجازه مي‌داد ماشین‌های لینوکس از همه ویژگی‌های تبلت‌های طراحی دیجیتال Wacom نظیر حساسیت به میزان فشار در حین طراحی استفاده کنند. اچ‌پي همچنین نرم‌افزاری را برای پشتیبانی از دو نمایشگر و نیز برای تنظیم دقیق رنگ نوشت. همه این نرم‌افزارها به‌صورت اپن‌سورس ارائه شدند.

شکل 5- مقایسه‌اي بین دو نسخه از شرک ارائه شده توسط دريم وركز انيميشن؛ تفاوت در نورپردازی‌ها و میزان جزئیات به‌خوبی نمایان است.

DreamWorks Animation در سال 2004 و در قسمت دوم انیمیشن شرک بیش از ده میلیون پردازنده ساعت را صرف رندر کرد و در سال 2007 و در قسمت سوم در نظر داشت، این میزان را به بيست میلیون پردازنده ساعت برساند. در این فیلم مواردی وجود دارد که از نظر فنی بسیار پیچیده هستند؛ مواردی نظیر ساخت مو، لباس پوشانی، global  illumination و نیز بهبود سطح متحرک‌سازی‌هاي جمعیت. یکی از صحنه‌هاي شرک 3 شامل چهل تا پنجاه کاراکتر و 2500 تماشاگر است. پیشرفت در‌توان محاسباتی مبتنی‌بر لینوکس و تراشه‌هاي چندین هسته‌ای، توانایی رندر را بالاتر برد. تکامل نحوه نورپردازی سبب شد، حال و هوای مناظر در فیلم سوم با دو فیلم قبل متفاوت شود. DreamWorks Animation از بسته تجاری محبوب Maya  ( نسخه لينوكسي)برای مدل‌سازی سه‌بعدی استفاده کرد. صحنه‌ها فریم به فریم روي یک رندرفارم مبتنی‌بر لینوکس با بیش از سه هزار پردازنده رندر شدند ( شكل 4).

هر فریم به یک گره از رندرفارم واگذار مي‌شد، بنابراین، تعداد زیادي از فریم‌ها به‌طور همزمان آماده مي‌شدند. فناوری در DreamWorks Animation در سه گروه مرکزی سازماندهی مي‌شد: تحقیق و توسعه که فناوری‌هاي جدید را عرضه مي‌کرد، Production Technology که  ipeline مورد استفاده را سرپرستی مي‌کرد وDigital Operations که مسئول زیرساخت محاسباتی، شبکه و ذخیره سازی بود. درك چان(Derek Chan)، مدیر بخش Digital Operations مي‌گوید: «در دسکتاپ، ما از ایستگاه‌هاي کاری
 HP xw9300 استفاده کردیم که RHEL 4 را اجرا مي‌کردند. رندرفارم از سرورهای HP DL145 G2  استفاده مي‌کرد. استاندارد ما برای حافظه، دو گیگابایت برای هر هسته بود. سرورها چهار هسته داشتند، بنابراین به هشت گیگابایت حافظه نیاز بود.» چان مي‌گوید، DreamWorks Animation رابطه خوبي با ردهت داشت و برای اطمینان از این‌که ایستگاه‌های کاری اچ‌پي به‌خوبی با لینوکس ردهت کار مي‌کنند، همکاری تنگاتنگی وجود داشت.

مهاجرت با تایتانیک
آنچه تا اینجا بیان شد، چند نمونه از کاربردهای بیکران لینوکس در عرصه انیمیشن و جلوه‌هاي بصری بود. طبیعت اپن‌سورس لینوکس شرایطی ایجاد کرد که شرکت‌ها به‌جای پنهان کاری‌هاي بی‌مورد، به‌منظور حل مشکلات، کمی از اطلاعات خود را با هم مبادله كنند و مشکلات مشترک را سریع‌تر حل کنند. پي‌چي از پیکسار در اظهار نظری اعلام كرد، استودیوی او از این تغییر استقبال کرده است: «همه ما رقبای هم هستیم، اما مهاجرت به لینوکس به ما کمک مي‌کند که بیش از گذشته افکار و دیدگاه‌هاي خود را به اشتراک گذاریم. این مشکلات در میان بسیاری از استودیوها مشترک هستند. مواردی وجود دارد که مي‌خواهیم حل کنیم و همه ما مي‌توانیم از نتایج آن بهره ببریم. این بسیار دلگرم کننده است.»

استفاده از لینوکس سبب کاهش هزینه‌ها و افزایش آزادی عمل استودیوها مي‌شد. استودیوها باید تعداد زیادی از سیستم‌های پردازشی را نصب مي‌کردند و بهره‌گیری از لینوکس روي این تعداد زیاد سیستم‌‌ها مي‌توانست صرفه‌جویی‌هاي زیادی برای آن‌ها به همراه‌داشته باشد. در ابتدا از لینوکس بیشتر در بخش رندرفارم و به‌منظور گرفتن‌خروجی استفاده مي‌شد و در ایستگاه‌های کاری رغبت چنداني به استفاده از این سیستم‌عامل دیده نمي‌شد، اما با گذشت زمان ایستگاه‌های کاری هم از مزایای لینوکس بهره‌مند شدند. در هر صورت مهاجرت رسمی‌به سوی لینوکس با کمک تایتانیک آغاز شد؛ اما باید امیدوار بود سرنوشت مهاجران لینوکس مشابه سرنوشت مسافران تایتانیک واقعی نباشد؛ نباید فراموش کرد که بر سر راه این مهاجرت همچنان موانع زیادی وجود دارد که باید آن‌ها را مورد توجه قرار داد.

منابع:
- نشريه لينوكس‌ ژورنال
- كامپيوتر ورلد
- سي‌نت نيوز

قسمت اول مقاله