Nowości

Avatar

 
 

Avatar, przełomowy film Jamesa Camerona i wytwórni Twentieth Century Fox, zrealizowany w stereoskopowej technice 3D, zarobił w premierowy weekend (18 grudnia 2009) ponad 77 milionów dolarów, co jest rekordem jeśli chodzi o filmy 3D. Od tamtego czasu uzyskany przez niego dochód brutto na całym świecie przekroczył sumę miliarda dolarów. Film ten zawiera widowiskowe i obfitujące w szczegóły sceny oraz obsadę złożoną z wielu wirtualnych postaci, odgrywających przydzielone im role w wygenerowanych komputerowo środowiskach.

WYZWANIE
Avatar
Zobacz oficjalny zwiastun na You Tube

Weta Digital – główny dostawca efektów wizualnych dla potrzeb tego filmu, mający swoją siedzibę w Wellington w Nowej Zelandii – jest klientem firmy NVIDIA® już od długiego czasu. W procesie produkcji efektów wizualnych (VFX) wykorzystuje on zarówno profesjonalne rozwiązania graficzne Quadro®, jak i wysokowydajne rozwiązania obliczeniowe Tesla™.

Przed firmą Weta postawiono zadanie stworzenia sekwencji filmowych zawierających aż 800 w pełni komputerowo wygenerowanych postaci w cyfrowo wykreowanej scenografii. Wymagana moc obliczeniowa niezbędna do obróbki ujęć z filmu Avatar była większa niż w jakimkolwiek wcześniejszym projekcie, Weta zwróciła się więc do firmy NVIDIA – twórcy procesorów graficznych (GPU).

„Złożoność scen w filmie Avatar zmotywowała nas do spojrzenia na kwestię renderingu w inny sposób”, wyjaśnia Sebastian Sylwan, szef działu badań i rozwoju w firmie Weta. „Końcowe renderowanie wykonujemy z wykorzystaniem oprogramowania RenderMan, jednak w przypadku tytułu Avatar, aby zoptymalizować iteracje na ogromnych zbiorach danych, przenieśliśmy dużą część obliczeń do fazy obliczeń wstępnych. Problem, który musieliśmy rozwiązać, dotyczył nie tyle renderingu, co obliczeń o wysokiej wydajności. Zdaliśmy sobie sprawę z tego, że wykorzystanie mocy obliczeń masowo równoległych wykonywanych przez GPU to domena firmy NVIDIA”.

W marcu 2009 roku, Luca Fascione – kierownik badań nad renderingiem w Weta, Paul Ryan – dyrektor działu technologicznego Weta i Jacopo Pantaleoni – starszy architekt w dziale badań NVIDIA Research, przedyskutowali wyzwania stojące przed Weta. „Paul uświadomił mi, że po raz pierwszy w historii generowanych komputerowo efektów wizualnych, liczba wykorzystanych wielokątów mierzona będzie w miliardach, a nie milionach”, powiedział Pantaleoni. „Luca przedstawił unikalną metodę symulacji oświetlenia i potrzebę zastosowania skalowalnego rozwiązania pozwalającego na ray tracing całego, niezwykle skomplikowanego świata, który zamierzali stworzyć.”

ROZWIĄZANIE
Avatar

Ekipy działów badań i rozwoju Weta oraz NVIDIA Research podjęły współpracę. Pantaleoni przeprowadził się na kilka miesięcy do Nowej Zelandii, gdzie zaczął pracę nad programowym rozwiązaniem do ray tracingu, które mogłoby podołać miliardom wielokątów złożonych scen filmu Avatar.

NVIDIA i Weta opracowały wspólnie nowy silnik obliczeń wstępnych, nazwany PantaRay, pozwalający firmie Weta wykorzystać moc wysokowydajnych obliczeń w procesie produkcji efektów wizualnych. Nazwa PantaRay to zręcznie przekręcony grecki aforyzm „panta rhei” (z greckiego – wszystko płynie). Ten potężny system do ray tracingu został zaprojektowany specjalnie po to, by akcelerować w potoku renderującym Weta wstępne obliczenia związane ze zjawiskiem zasłaniania dalszych obiektów sceny bliższymi. Pozwoliło to na szybkie i dynamiczne wykonywanie wielokrotnych obliczeń dotyczących oświetlenia sceny.

To innowacyjne podejście pozwoliło firmie Weta na renderowanie bardziej złożonych scen w krótszym czasie, przy jednoczesnym zmniejszonym zapotrzebowaniu na pamięć i liczbę procesorów. W rezultacie artyści otrzymali decydującą dla nich możliwość szybszego i częstszego wprowadzania zmian, co zaowocowało ostatecznie fotorealistycznymi efektami o wyższej jakości. Dzięki współpracy z NVIDIA, Weta była w stanie kreować sceny, które wcześniej były poza zasięgiem ze względu na czas i koszty.

Korzyści osiągnięte przez Weta dzięki rozwiązaniu opracowanemu wspólnie z Pantaleonim, pracownikiem działu NVIDIA Research, skłoniły firmę Weta do szerszego zastosowania obliczeń GPU – mocy technologii NVIDIA – w obliczeniach masowo równoległych. NVIDIA przeniosła silnik PantaRay firmy Weta do architektury CUDA, opracowując napędzaną przez jednostki GPU wersję, która działa 25 razy szybciej dzięki wykorzystaniu opartego na GPU serwera NVIDIA Tesla® S1070 zamiast tradycyjnego serwera z jednostkami CPU.

EFEKT
Avatar

Scenę ilustrującą efekty uzyskane przez Weta z użyciem silnika PantaRay podziwiać można w zwiastunie promocyjnymfilmu. Ujęcie z helikoptera pokazujące gromadę setek purpurowych stworzeń lecących nad wodą, z wielką pokrytą drzewami górą w tle, zostało obliczone z wykorzystaniem PantaRay w ciągu zaledwie półtora dnia. „Takie ujęcie mogłoby zająć tydzień, jeśli zastosowalibyśmy wcześniejsze metody”, powiedział Fascione z Weta. Dzięki temu, że praca z PantaRay odbywała się znacznie szybciej, mogliśmy stworzyć znacznie ładniejsze ujęcie – na każdym krzewie i liściu dostrzec można najdrobniejsze szczegóły. Rozgraniczenie kolorów na poszczególnych planach jest wyraźne i przejrzyste. Moc obliczeniowa PantaRay naprawdę czyni różnicę”.

Proces ray tracingu z wykorzystaniem silnika PantaRay wykonywany na jednostkach GPU okazał się przebiegać do 25 razy szybciej niż na tradycyjnych procesorach centralnych. „A jeśli weźmiemy pod uwagę, ile czasu zajęłoby opracowanie scen o takiej złożoności tradycyjnymi metodami, to prawdopodobnie uzyskany przez nas wzrost prędkości jest 100-krotny”, powiedział Sylwan.

Weta Digital zamierza wykorzystać silnik PantaRay działający na procesorach graficznych NVIDIA Tesla także w potoku produkcyjnym związanym z nowym filmem Stevena Spielberga i Petera Jacksona – Tintin. Firma ma również zamiar rozwijać nowe sposoby przyspieszania całego procesu produkcji efektów wizualnych z wykorzystaniem silnika PantaRay i procesorów graficznych.

Martin Hill kierujący procesem cieniowania w Weta Digital twierdzi, że „ze względu na to, iż złożoność wzrasta z każdym kolejnym projektem nad którym pracujemy, ilość informacji w procesie renderowania nieustannie się pomnaża. Im bardziej złożony jest rendering, tym trudniej oświetlić scenę. PantaRay czyni oświetlanie skomplikowanych scen zadaniem równie łatwym, jak w przypadku scen prostych”.

„Współpraca z takimi grupami jak zespół do spraw badań i rozwoju w firmie Weta zaprowadziła nas na absolutny szczyt w dziedzinie technologii produkcyjnych”, mówi Dominick Spina, menedżer cyfrowych technologii filmowych w NVIDIA. „Współpraca z Weta nad filmem Avatar była niezwykła. Podczas prac nad rozwijaniem PantaRay nie było mowy o abstrakcji. Wszystko miało swoje zastosowanie”. „Będziemy nadal współpracować z wiodącymi firmami zajmującymi się efektami wizualnymi i animacją, dzieląc się wiedzą firmy NVIDIA przy rozwiązywaniu problemów technologicznych dotyczących najbardziej złożonych produkcji, by zapewnić artystom swobodę tworzenia na wyższym poziomie”, dodaje Spina.



 
 
 
 
FacebookTwitterGoogle+Nasza KlasaLinkedIn