ovito-atom-render

Companion to blender-atom-render. Blender stays the tool for small systems and for per-element materials; OVITO is the tool for large structures and for anything that has to run on the server.

결론 먼저

• 렌더는 ccel-mace에서 돈다. Mac은 쓰지 않는다. Mac은 꺼질 수 있고 GPU도 약하다.
• ccel-mace에 GPU가 없다. Blender EEVEE는 llvmpipe 소프트웨어 래스터라이저로 떨어져 100k 원자에서 32 samples 중 1개에 5분을 넘긴다. 버전을 올려도 같다. 서버에서는 CPU 엔진(OVITO OSPRay, OVITO Tachyon, Blender Cycles)만 쓴다.
• 배경은 항상 투명이다. render_image(alpha=True)로 뽑으면 RGBA로 저장된다. 뷰어나 비교 페이지에서 검게 보이는 것은 그 페이지가 깐 배경이지 렌더가 아니다.
• 100k 원자, 1600 px 기준 실측: OSPRay 약 25초, Tachyon 약 21초, Blender Cycles 128 약 76초.

환경

OVITO 설치가 없으면: conda create -y -n ovito -c https://conda.ovito.org -c conda-forge ovito python=3.11

고정 규격 (엔진과 무관하게 항상 같아야 하는 것)

이 다섯 가지가 흔들리면 같은 구조를 두 번 렌더할 때 그림이 달라진다.

• 카메라: ortho, 바라보는 방향 (-0.62, 0.62, -0.30). 프로젝트 표준 3/4 시점.
• 프레이밍: vp.fov = extent * MARGIN / 2, MARGIN = 1.05.
  • autoframe 기본값 1.8은 물체를 화면의 55 %로 만들어 해상도를 절반 넘게 버린다. 실제로 2000 px 렌더의 유효 영역이 1070 px였다.
• 원소 색과 반지름을 네 종 모두 코드에 명시한다. 렌더러 기본값에 맡기지 않는다. Blender에서 Pt와 Co만 덮어쓰고 Ce와 O를 두었더니 Ce가 Jmol 기본색 #FFFFC7, 즉 거의 흰색으로 나왔다.
• simulation cell 선 끄기: pipeline.source.data.cell.vis.enabled = False. 안 끄면 검은 상자 모서리가 그림에 찍힌다.
• 비교용 렌더는 프레이밍 길이를 공유한다. 0 ps와 100 ps, 두 계를 나란히 놓을 때 구조마다 autoframe을 다시 잡으면 원자 크기가 달라져 비교가 성립하지 않는다. 전 구조의 extent 최댓값을 구해 모두에 강제한다.

색과 반지름 (NSA 프로젝트 style 4, 2026-07-10 저자 승인)

COLORS = {"Pt": (0.78, 0.79, 0.84), "Co": (0.94, 0.56, 0.63),
          "Ce": (0.98, 0.97, 0.72), "O":  (0.93, 0.16, 0.13)}
RADII  = {"Pt": 1.36, "Co": 1.26, "Ce": 1.83, "O": 0.74}

반지름은 공유결합 기준이다. 산화물에서 이온 반지름(O 1.38 > Ce 0.97)으로 바꾸면 표면이 완전히 다르게 보인다. 바꾸려면 저자 확인을 받고 프로젝트 전체에 같이 적용한다.

스타일 프리셋 (2026-09-20 저자 검토, 둘 다 채택)

저자가 이 둘을 골랐다. 그림 성격에 따라 그때그때 고른다.

Matte — 기본값

무광, 반사 거의 없음. 교과서 삽화에 가깝고 원자 위치가 가장 잘 읽힌다. 본문 구조 패널과 확대 서브피규어의 기본값으로 쓴다.

dict(engine="ospray", attrs=dict(
    samples_per_pixel=20, denoising_enabled=True,
    material_type="principled",              # 소문자. "Principled"는 거부된다
    principled_metalness=0.0, principled_roughness=0.85,
    principled_specular_brightness=0.05,
    sky_light_enabled=True, sky_brightness=1.8, sky_turbidity=6.0,
    ambient_brightness=0.25, ambient_light_enabled=True,
    direct_light_enabled=True, direct_light_intensity=0.8,
    direct_light_angular_diameter=0.6))      # 매우 부드러운 그림자

Studio — 입체감이 필요할 때

좁은 광원이라 그림자가 또렷하고 입자 하나하나가 도드라진다. 나노입자 하나를 크게 보여 주는 표지 그림이나 발표 슬라이드에 쓴다.

dict(engine="ospray", attrs=dict(
    samples_per_pixel=16, denoising_enabled=True,
    sky_light_enabled=False, ambient_light_enabled=True,
    ambient_brightness=0.55,
    direct_light_enabled=True, direct_light_intensity=1.6,
    direct_light_angular_diameter=0.08,      # 또렷한 그림자
    material_shininess=25.0, material_specular_brightness=0.12))

채택하지 않은 것 (다시 시도하지 말 것)

이 OVITO 빌드의 한계

• 재질을 원소별로 나눌 수 없다. principled_*는 전 원소에 한꺼번에 걸린다. Pt만 금속, Ce는 무광이 필요하면 Blender Cycles로 간다.
• 윤곽선(outline) 속성이 없다. outlines_enabled 등은 이 빌드에 존재하지 않는다.
• material_type은 소문자 "standard" 또는 "principled"만 받는다.
• 속성은 하나씩 setattr로 걸고 실패를 잡아 출력한다. 빌드마다 있는 속성이 달라서 한 번에 넘기면 변종 전체가 죽는다.

파이프라인 작성 규칙

스타일링은 pipeline source에 건다. compute() 결과에 걸면 "shared by multiple owners" 오류가 나고, 렌더 시점까지 살아남지도 않는다.

pipeline = import_file(str(xyz))
cell = pipeline.source.data.cell
if cell is not None:
    cell.vis.enabled = False
types = pipeline.source.data.particles_.particle_types_
for t in types.types:
    m = types.type_by_name_(t.name)      # 끝의 밑줄 = 수정 가능한 사본 요청
    m.color, m.radius = COLORS[t.name], RADII[t.name]

확대 서브피규어

crop_anchor_zooms.py가 Co 입자를 union-find로 묶고, Pt가 실제로 붙은 입자만 골라 구형으로 잘라낸다. 자른 조각은 그대로 같은 렌더 스크립트에 넣으면 된다.

• Pt가 Co에 붙었다고 보는 기준 Pt-Co <= 3.2 A, 같은 Co 입자로 묶는 기준 Co-Co <= 3.0 A.
• 반경 16 Å이면 Co 입자 하나와 그 주변 CeO<sub>2</sub>가 함께 들어온다.
• 확대 조각은 원자 수가 적어 프레이밍이 커지므로, 본체 그림과 원자 크기를 맞추려면 본체와 같은 MARGIN을 쓰되 해상도를 올린다(본체 1600, 확대 1200 정도).

구조 정리 (렌더 전에)

표면에 점처럼 박힌 원자는 relax 부족이 아니라 잉여 원자인 경우가 많다. builder의 stoichiometric trim이 양이온 이웃 하나짜리 O를 남긴다. 이런 원자는 아무리 relax해도 사라지지 않는다. 위치가 틀린 것이 아니라 있으면 안 되는 원자다.

• trim_loose_surface_O.py: 양이온 이웃이 MIN_CN 미만인 O를 지운다. NSA 18 nm 입자에서 1,940개가 제거되어 표면이 정리됐다. 초 단위로 끝난다.
• 그래도 거슬리면 그때 shell relax를 건다. 100k 원자 전체는 CPU MLIP로 못 돌리므로 표면 2.5 Å만 움직이고 경계 7 Å은 고정, 내부는 계산에서 제거한다 (shell_relax_run.py). NequIP-OAM-S 기준 force call 35초, 600 step에 6시간이다.
• GAFF는 쓸 수 없다. 유기분자용이라 Ce, Co, Pt 원자 타입이 없다. 같은 비용대의 대안은 세리아용 Buckingham 퍼텐셜(Gotte, Minervini-Grimes)을 LAMMPS로 돌리는 것이다.

실행

scp render_ovito_options.py ccel-mace:~/nsa_render/
ssh ccel-mace "setsid nohup env R_RES=1600 \
  ~/miniconda3/envs/ovito/bin/python ~/nsa_render/render_ovito_options.py \
  ~/nsa_render/struct/<in>.xyz ~/nsa_render/out <tag> --variants=matte \
  > ~/nsa_render/out/render.log 2>&1 < /dev/null &"

• 긴 렌더는 setsid nohup으로 띄우고 바로 턴을 끝낸다. ssh 세션이 끊겨도 산다.
• 여러 구조를 돌릴 때는 서버에서 순차 루프로 돌린다. OVITO는 프로세스당 하나만.
• 결과는 scp로 받아 Read로 눈으로 확인한다. audit 스크립트가 대신해 주지 않는다.

관련

• blender-atom-render — 작은 계, 원소별 재질이 필요한 경우
• figure_construction — 렌더 PNG를 논문 패널에 넣을 때의 규칙
• matplotlib-scientific-nsa — NSA 프로젝트 색 규약