Alguns dos quadros mais complexos de Procurando Dory levaram mais de 600 horas para serem renderizados.
A equipe da Pixar não apenas colore e anima, e o lado técnico está constantemente em busca de novas maneiras de melhorar o trabalho que os outros estão fazendo. Isso levou ao Presto, um programa desenvolvido para a Pixar em cooperação com o Maya, bem como uma biblioteca de ferramentas de renderização e modelagem em tempo real.
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Na conferência de tecnologia de GPU da Nvidia, três funcionários da Pixar – o engenheiro de software gráfico Pol Jeremias, o engenheiro de software líder Jeremy Cowles e o engenheiro de software o engenheiro Dirk Van Gelder - explicou como a produção de filmes levou à criação de software, com algumas aparições de personagens favoritos da Pixar incluídas para sempre medir.
Um desafio único
Como você pode imaginar, a animação 3D de última geração da Pixar exige um hardware impressionante. Parte do desafio específico da Pixar é que a maioria das máquinas é construída para velocidade, não para beleza. É por isso que a empresa construiu seus próprios sistemas especialmente desenvolvidos para a produção de filmes.
A máquina padrão da Pixar é alimentada por um processador Intel de 16 núcleos e 2,3 GHz com 64 GB de BATERe uma Nvidia Quadro M6000 de 12 GB. Se a equipe precisar de um pouco mais de força, há uma configuração de CPU dupla com dois dos chips de 16 núcleos, um par de M6000s e 128 GB de RAM.
E mesmo essas máquinas são levadas ao limite durante um dia de trabalho ativo. Existem mais de 100 bilhões de triângulos em uma pequena cena, mais do que o mais rápido área de trabalho para jogos poderia lidar. Mater, da Cars, é composto por mais de 800 malhas, e quase todas elas estão deformadas de alguma forma. Acrescente a isso os cardumes de peixes em Procurando Nemo, ou os enxames de robôs em Wall-E, e a necessidade de desenvolver software internamente se torna mais premente.
Presto
No coração do pacote de software da Pixar está o Presto exclusivo e proprietário. O software de modelagem, desenvolvido em cooperação com o Maya, é responsável por tudo, desde o layout da cena até a animação, o rigging e até mesmo a simulação de física e ambientes. A Pixar não exibe isso em público com frequência. Felizmente, durante a apresentação no GTC, tivemos uma demonstração ao vivo.
Muitas das articulações, animações, efeitos e subdivisões da Pixar acontecem em tempo real.
A interface do Presto pode parecer familiar para quem já passou algum tempo em aplicativos de modelagem 3D como Maya ou 3DSMax, mas possui fluxo de trabalho inovações que ajudam os artistas em diferentes partes do processo a permanecerem focados em seu trabalho e não terem que lidar com tarefas desnecessárias. Informação.
Ao mesmo tempo, animadores e riggers podem encontrar uma grande quantidade de dados relevantes para sua função específica e vários métodos de articulação de partes da malha. Os modelos de personagens não são apenas peças individuais. Agarrar o pé de Woody e movê-lo para cima e para baixo também articula suas outras articulações e o tecido nas áreas circundantes.
Como fã de longa data da Pixar, não consegui apontar imediatamente nenhum artefato ou estranheza gráfica na demonstração ao vivo. Ajuda o fato de serem apenas Woody e Buzz em um fundo cinza, mas as texturas eram nítidas, a animação era limpa e os reflexos eram precisos e realistas. Mesmo um close-up focado no distintivo de Woody parecia perfeito. E tudo aconteceu em tempo real.
Aproveitando o poder colaborativo
Uma das primeiras limitações do Presto foi a sua incapacidade de lidar com o trabalho colaborativo, por isso a Pixar decidiu trazer a funcionalidade para o seu fluxo de trabalho. O resultado é Descrição Universal de Cena, ou USD. Essa interface colaborativa permite que muitos artistas da Pixar trabalhem na mesma cena ou modelo, mas em camadas diferentes, sem pisar uns nos pés dos outros.
Demonstração do Presto na conferência GTC da NVIDIA
Ao gerenciar cada aspecto da cena individualmente – o plano de fundo, o rigging, o sombreamento e muito mais – um animador pode trabalhar em uma cena enquanto um artista retoca a aparência dos personagens, e essas mudanças serão refletidas nas renderizações em todo o quadro. Em vez de quadros, as cenas são descritas em termos de camadas e referências, uma abordagem muito mais modular à modelagem 3D tradicional.
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O USD foi implantado pela primeira vez na Pixar na produção do próximo filme Procurando Dory e rapidamente se tornou parte integrante do fluxo de trabalho. Seu sucesso não se limitou à Pixar, e programas como Maya e Katana já estão integrando o USD. Os ativos nesses programas podem ser movidos e copiados livremente, mas isso não é tudo.
Van Gelden mostrou como a Pixar está levando o USD um passo adiante com um novo programa chamado USDView. Destina-se a depuração rápida e preparação geral, mas mesmo isso está se tornando cada vez mais sofisticado. Em uma demonstração, o USDView abriu uma cena curta com 52 milhões de polígonos de Procurando Dory em apenas alguns segundos em uma estação de trabalho móvel.
Na verdade, Van Gelden fez isso várias vezes apenas para enfatizar o quão rápido o software é. Também não é apenas uma visualização rápida. Há um conjunto limitado de controles para reprodução e movimento da câmera, mas é uma ótima maneira para os artistas terem uma ideia do bloqueio ou encenação de uma cena sem precisar iniciá-la no Presto.
USD, com USDView integrado, será lançado como software de código aberto neste verão. Inicialmente estará disponível para Linux, mas a Pixar espera lançá-lo para Windows e Mac OS X posteriormente.
Multiplicando polígonos
Um dos principais métodos de refinamento de modelos 3D é a subdivisão. Ao quebrar e redefinir polígonos continuamente, a complexidade da renderização aumenta – mas também aumenta a precisão e o nível de detalhe. Nos videogames, há um limite até onde a subdivisão pode ir antes que prejudique o desempenho. Nos filmes da Pixar, porém, o céu é o limite.
Para oferecer um exemplo de até onde poderia ir a subdivisão, Jeremias mostrou um exemplo de uma malha simples de 48 polígonos. A próxima imagem mostrou o polígono após uma rodada de subdivisão, parecendo muito mais limpo e ostentando 384 polígonos. Depois de outra rodada, a forma ficou completamente suavizada, mas o custo foi uma malha com mais de 1,5 milhão de polígonos. Jeremias observou que essas subdivisões são mais perceptíveis nos pontos de contato entre dois modelos e, especialmente, nas pontas dos dedos de um personagem.
A Pixar depende tanto da subdivisão que a empresa construiu seu próprio mecanismo de subdivisão, o OpenSubDiv. É baseado nas bibliotecas RenderMan originais da Pixar, mas apresenta uma API muito mais ampla. Ele também foi projetado com o USD em mente, para fácil integração ao fluxo de trabalho.
Invocando a Hidra
Se você quiser ver como esses elementos estão se somando sem ter que renderizar uma cena final, Hydra é a resposta. É o mecanismo de renderização em tempo real da Pixar, construído sobre OpenGL 4.4. É importante ressaltar que ele foi desenvolvido especificamente para a produção de longas-metragens e para velocidade.
As texturas eram nítidas, a animação era limpa e os reflexos eram precisos e realistas.
Não é uma solução completa para a renderização final, mas pode ajudar a reunir muitos efeitos e detalhes para uma representação mais precisa da aparência de uma cena do que o USDView pode fornecer. Ele também oferece suporte a recursos como curvas tesseladas de hardware, realce e gerenciamento de instâncias de hardware.
Até mesmo outras empresas de efeitos e mídia têm trabalhado com a Pixar para integrar o Hydra em seu fluxo de trabalho. A Industrial Light and Magic, empresa de efeitos especiais por trás dos filmes Star Wars, construiu uma versão híbrida de seu software baseada na tecnologia da Pixar. No caso do Millennium Falcon, isso significa 14.500 malhas e 140 texturas de 8K cada – um feito nada fácil, mesmo para estações de trabalho extremas.
No entanto, não se trata apenas de criar os modelos e animá-los. Uma grande parte da definição do clima e do polimento de um filme envolve efeitos de pós-processamento. Os artistas e desenvolvedores da Pixar queriam um processo igualmente intuitivo e simplificado para adicionar e gerenciar efeitos.
E há alguns para gerenciar. Cowles exibiu uma lista de efeitos de pós-processamento que não pareceriam deslocados nas configurações gráficas do Crysis. Isso inclui oclusão de ambiente, profundidade de campo, sombras suaves, desfoque de movimento, vários efeitos de iluminação e máscaras e filtros de vários sabores. Quando você olha atentamente para a representação de uma cena subaquática com Dory e Nemo, o impacto culminante desses extras aumenta rapidamente.
Tempo real, um desenvolvimento recente
Hoje, grande parte da articulação, animação, efeitos e subdivisão da Pixar acontecem em tempo real. Nem sempre foi assim. Van Gelder mostrou isso desativando os recursos que agora são possíveis de visualizar instantaneamente usando o moderno conjunto de ferramentas. As sombras desapareceram, detalhes importantes como pupilas e marcações desapareceram e todos, exceto o bloqueio de cores mais básico, desapareceram.
Esse exemplo mostrou a enorme escala de cada cena desses filmes. A complexidade de apenas uma pequena cena supera em muito até mesmo os videogames mais avançados, e a recompensa é imensa.
Mesmo com todo esse hardware impressionante e software desenvolvido especificamente, alguns dos quadros mais complexos de Procurando Dory levaram mais de 600 horas para serem concluídos. É um custo que empresas como a Pixar devem considerar no orçamento de um filme, mas o software interno desenvolvido especificamente ajuda a agilizar as áreas importantes.
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