Das Rendern einiger der komplexesten Frames in „Findet Dory“ dauerte über 600 Stunden.
Das Team von Pixar beschäftigt sich jedoch nicht nur mit Farben und Animationen, sondern die technische Seite ist ständig auf der Suche nach neuen Möglichkeiten, die Arbeit anderer zu verbessern. Das führte zu Presto, einem Programm, das in Zusammenarbeit mit Maya für Pixar entwickelt wurde, sowie zu einer Bibliothek mit Echtzeit-Rendering- und Modellierungstools.
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Auf der GPU Technology-Konferenz von Nvidia nahmen drei Pixar-Mitarbeiter teil – der Grafiksoftware-Ingenieur Pol Jeremias, der leitende Software-Ingenieur Jeremy Cowles und Software Ingenieur Dirk Van Gelder – erklärte, wie das Filmemachen zur Entwicklung von Software führte, wobei einige Auftritte von Lieblings-Pixar-Charakteren endgültig eingeflossen sind messen.
Eine einzigartige Herausforderung
Wie Sie sich vorstellen können, erfordert die hochmoderne 3D-Animation von Pixar beeindruckende Hardware. Ein Teil der besonderen Herausforderung von Pixar besteht darin, dass die meisten Maschinen auf Geschwindigkeit und nicht auf Schönheit ausgelegt sind. Aus diesem Grund hat das Unternehmen eigene Systeme speziell für die Filmproduktion entwickelt.
Die Standardmaschine bei Pixar wird von einem 2,3-GHz-Intel-Prozessor mit 16 Kernen und 64 GB angetrieben RAMund eine 12 GB Nvidia Quadro M6000. Wenn das Team etwas mehr Schwung braucht, gibt es eine Dual-CPU-Konfiguration mit zwei der 16-Core-Chips, einem Paar M6000 und 128 GB RAM.
Und selbst diese Maschinen werden während eines aktiven Arbeitstages an ihre Grenzen gebracht. In einer kleinen Aufnahme gibt es über 100 Milliarden Dreiecke, mehr als selbst die schnellste Gaming-Desktop konnte damit umgehen. Mater von Cars besteht aus über 800 Maschen, und fast alle davon sind auf irgendeine Weise deformiert. Wenn man dazu noch die Fischschwärme in „Findet Nemo“ oder die Roboterschwärme in „Wall-E“ hinzufügt, wird die Notwendigkeit, Software selbst zu entwickeln, nur noch dringlicher.
Presto
Das Herzstück der Software-Suite von Pixar ist das zurückgezogene, proprietäre Presto. Die in Zusammenarbeit mit Maya entwickelte Modellierungssoftware ist für alles verantwortlich, vom Szenenlayout über Animation und Rigging bis hin zur Simulation von Physik und Umgebungen. Pixar zeigt es nicht oft in der Öffentlichkeit. Glücklicherweise wurden wir während der Präsentation bei GTC mit einer Live-Demo verwöhnt.
Viele Artikulationen, Animationen, Effekte und Unterteilungen des Pixar erfolgen in Echtzeit.
Die Benutzeroberfläche von Presto kommt vielleicht jedem bekannt vor, der sich schon einmal mit 3D-Modellierungsanwendungen wie Maya oder 3DSMax beschäftigt hat, verfügt aber über einen Workflow Innovationen, die Künstlern in verschiedenen Phasen des Prozesses helfen, sich auf ihre Arbeit zu konzentrieren und sich nicht mit Unnötigem auseinandersetzen zu müssen Information.
Gleichzeitig finden Animatoren und Rigger eine umfangreiche Datenmenge, die für ihre jeweilige Rolle relevant ist, sowie mehrere Methoden zur Artikulation von Teilen des Netzes. Die Modelle für Charaktere sind nicht nur einzelne Stücke. Wenn man Woodys Fuß greift und ihn auf und ab bewegt, werden auch seine anderen Gelenke und das Gewebe in den umliegenden Bereichen artikuliert.
Als langjähriger Pixar-Fan konnte ich in der Live-Demo nicht sofort auf Artefakte oder grafische Besonderheiten hinweisen. Es hilft, dass es nur Woody und Buzz auf einem grauen Hintergrund waren, aber die Texturen waren scharf, die Animationen waren sauber und die Reflexionen waren präzise und realistisch. Sogar eine Nahaufnahme, die sich auf Woodys Abzeichen konzentrierte, sah genau richtig aus. Und alles geschah in Echtzeit.
Die Kraft der Zusammenarbeit nutzen
Eine der frühen Einschränkungen von Presto war die Unfähigkeit, kollaboratives Arbeiten zu bewältigen, also machte sich Pixar daran, diese Funktionalität in seinen Workflow zu integrieren. Das Ergebnis ist Universal Scene Description oder USD. Diese kollaborative Schnittstelle ermöglicht es vielen Pixar-Künstlern, an derselben Szene oder demselben Modell, jedoch auf unterschiedlichen Ebenen, zu arbeiten, ohne sich gegenseitig auf die Füße zu treten.
Presto-Demonstration auf der GTC-Konferenz von NVIDIA
Durch die individuelle Verwaltung jedes Aspekts der Szene – den Hintergrund, das Rigging, die Schattierung und mehr – kann ein Animator arbeiten in einer Szene, während ein Künstler das Aussehen der Charaktere nachbessert, und diese Änderungen werden in den Renderings auf der gesamten Bühne widergespiegelt Planke. Anstelle von Einzelbildern werden Szenen anhand von Ebenen und Referenzen beschrieben, ein viel modularerer Ansatz im Vergleich zur herkömmlichen 3D-Modellierung.
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USD wurde erstmals bei Pixar bei der Produktion des kommenden Films „Findet Dory“ eingesetzt und wurde schnell zu einem integralen Bestandteil des Arbeitsablaufs. Der Erfolg beschränkt sich nicht nur auf Pixar, auch Programme wie Maya und Katana integrieren USD bereits. Assets in diesen Programmen können frei verschoben und kopiert werden, aber das ist noch nicht alles.
Van Gelden zeigte, wie Pixar USD mit einem neuen Programm namens USDView noch einen Schritt weiter bringt. Es ist für schnelles Debuggen und allgemeines Staging gedacht, aber auch das wird immer ausgefeilter. In einer Demo öffnete USDView in nur wenigen Sekunden eine kurze Szene mit 52 Millionen Polygonen aus „Findet Dory“ auf einer mobilen Workstation.
Tatsächlich hat Van Gelden dies mehrmals getan, nur um zu betonen, wie schnell die Software ist. Es ist auch nicht nur eine kurze Vorschau. Es gibt nur begrenzte Steuerelemente für Wiedergabe und Kamerabewegung, aber es ist eine großartige Möglichkeit für Künstler, sich ein Bild von der Blockierung oder Inszenierung einer Szene zu machen, ohne sie in Presto starten zu müssen.
USD mit integriertem USDView wird diesen Sommer als Open-Source-Software auf den Markt kommen. Es wird zunächst für Linux verfügbar sein, Pixar hofft jedoch, es später auch für Windows und Mac OS X veröffentlichen zu können.
Polygone multiplizieren
Eine der Hauptmethoden zur Verfeinerung von 3D-Modellen ist die Unterteilung. Durch die kontinuierliche Zerlegung und Neudefinition von Polygonen erhöht sich die Komplexität des Renderings – aber auch die Genauigkeit und der Detaillierungsgrad. Bei Videospielen gibt es eine Grenze dafür, wie weit die Unterteilung gehen kann, bevor sie die Leistung beeinträchtigt. In den Pixar-Filmen sind jedoch keine Grenzen gesetzt.
Um ein Beispiel dafür zu geben, wie weit die Unterteilung gehen könnte, zeigte Jeremias ein Beispiel eines einfachen 48-Polygon-Netzes. Das nächste Bild zeigte das Polygon nach einer Unterteilungsrunde, sah viel sauberer aus und hatte 384 Polygone. Nach einer weiteren Runde war die Form vollständig geglättet, aber der Preis betrug ein Netz mit über 1,5 Millionen Polygonen. Jeremias bemerkte, dass diese Unterteilungen am deutlichsten an den Kontaktpunkten zwischen zwei Modellen und insbesondere an den Fingerspitzen einer Figur sichtbar sind.
Pixar setzt so sehr auf Unterteilung, dass das Unternehmen seine eigene Unterteilungs-Engine, OpenSubDiv, entwickelt hat. Es basiert auf den ursprünglichen RenderMan-Bibliotheken von Pixar, verfügt jedoch über eine viel umfassendere API. Es wurde auch im Hinblick auf USD entwickelt und ermöglicht eine einfache Integration in den Arbeitsablauf.
Beschwörung der Hydra
Wenn Sie sehen möchten, wie sich diese Elemente summieren, ohne eine endgültige Szene rendern zu müssen, ist Hydra die Antwort. Es handelt sich um die Echtzeit-Rendering-Engine von Pixar, die auf OpenGL 4.4 aufbaut. Wichtig ist, dass es speziell für die Produktion von Spielfilmen entwickelt wurde und auf Geschwindigkeit ausgelegt ist.
Die Texturen waren scharf, die Animationen waren sauber und die Reflexionen waren präzise und realistisch.
Es ist keine Komplettlösung für das endgültige Rendering, aber es kann dabei helfen, viele Dinge zusammenzubringen Effekte und Details für eine genauere Darstellung, wie eine Szene aussehen wird, als USDView es kann bieten. Es unterstützt auch Funktionen wie Hardware-Tessellationskurven, Hervorhebung und Hardware-Instanzverwaltung.
Auch andere Effekt- und Medienunternehmen haben mit Pixar zusammengearbeitet, um Hydra in ihren Workflow zu integrieren. Industrial Light and Magic, das Spezialeffektunternehmen hinter den Star Wars-Filmen, hat eine Hybridversion seiner Software entwickelt, die auf der Technologie von Pixar basiert. Im Fall des Millennium Falcon bedeutet das 14.500 Meshes und 140 Texturen bei jeweils 8K – keine Kleinigkeit, selbst für extreme Workstations.
Es geht jedoch nicht nur darum, die Modelle zu erstellen und zu animieren. Ein großer Teil der Stimmung und des Feinschliffs eines Films besteht aus Nachbearbeitungseffekten. Die Künstler und Entwickler von Pixar wollten einen ebenso intuitiven und optimierten Prozess zum Hinzufügen und Verwalten von Effekten.
Und es gibt einige zu verwalten. Cowles zeigte eine Liste von Nachbearbeitungseffekten, die in den Grafikeinstellungen von Crysis nicht fehl am Platz wären. Dazu gehören Umgebungsokklusion, Tiefenschärfe, weiche Schatten, Bewegungsunschärfe, eine Handvoll Lichteffekte sowie Masken und Filter in verschiedenen Varianten. Wenn man sich die Wiedergabe einer Unterwasserszene mit Dory und Nemo genau ansieht, wird die Gesamtwirkung dieser Extras schnell deutlich.
Echtzeit, eine neue Entwicklung
Heutzutage erfolgen viele Artikulationen, Animationen, Effekte und Unterteilungen bei Pixar in Echtzeit. Das war nicht immer so. Van Gelder zeigte dies, indem er die Funktionen deaktivierte, die jetzt mit dem modernen Toolset zur sofortigen Vorschau möglich sind. Schatten waren verschwunden, wichtige Details wie Pupillen und Markierungen waren verschwunden und bis auf die grundlegendsten Farbblockierungen waren alle verschwunden.
Dieses Beispiel verdeutlichte das enorme Ausmaß jeder Szene in diesen Filmen. Die Komplexität einer kleinen Szene übertrifft selbst die fortschrittlichsten Videospiele bei weitem und der Gewinn ist immens.
Trotz all dieser beeindruckenden Hardware und speziell entwickelten Software dauerte die Fertigstellung einiger der komplexesten Frames in „Findet Dory“ über 600 Stunden. Das sind Kosten, die Unternehmen wie Pixar im Budget für einen Film berücksichtigen müssen, aber firmeninterne, speziell entwickelte Software hilft dabei, die wichtigen Bereiche zu rationalisieren.
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