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NVIDIA-Maximus-Technologie verhalf Sony Pictures Imageworks bei der Erstellung der rasend schnellen Videoeffekte in Men in Black 3

Bei Sony Pictures Imageworks (SPI) gehört es schon seit Langem zur Entwicklung technischer Innovationen dazu, professionelle NVIDIA-Quadro-Grafikprozessoren für die visuellen Effekte in Kinofilmen wie „Wolkig mit Aussicht auf Fleischbällchen“ und „Alice im Wunderland“ oder der Spider-Man-Filmreihe zu nutzen. Für Men in Black 3 (MIB3) bediente sich das Unternehmen erneut der NVIDIA-Technologie, um dramatische Geschwindigkeitssteigerungen zu erzielen und den Arbeitsablauf bei der Erstellung visueller Effekte effizienter zu gestalten.


Sony Pictures Imageworks erstellte über 600 virtuelle Shots der Raucheffekte im Men in Black 3

Raucheffekte spielen in MIB3 eine große Rolle und sind Bestadteil fast aller 600 Einstellungen mit visuellen Effekten, die SPI für den Film kreiert hat, darunter auch eine unvergessliche Sequenz mit einem Raketenstart auf dem Cape-Canaveral-Gelände in Florida. Die Erzeugung von computergeneriertem (CG) Rauch ist ein sehr arbeitsintensiver Prozess. Dabei sind komplexe Simulationen erforderlich, die teure und wertvolle Rechenleistung im Computer verbrauchen. Theo Vandernoot ist Effekt-Supervisor bei SPI und benutzt schon seit Längerem die Software Houdini von Side Effects und die Grafikprozessoren von NVIDIA. Er fand heraus, dass er durch den Einsatz von Houdini 12 (mit verbesserter Grafikprozessoroptimierung) auf einer Workstation mit NVIDIA Maximus™ nicht nur die Geschwindigkeit von Simulationen um das bis zu zehnfache steigern, sondern auch die Qualität von Rauch, wie er für MIB3 generiert wird, verbessern konnte.

Multitasking mit Maximus

Vandernoot begann etwa zu derselben Zeit an einer Workstation mit NVIDIA Maximus zu arbeiten, als Side Effects Software sein Houdini 12 inklusive des neuen grafikprozessorbeschleunigten, auf Navier-Stokes basierenden Rauch-Solvers Pyro FX 2 auf den Markt brachte.

Workstations mit NVIDIA Maximus kombinieren die Visualisierung und die interaktiven Designmöglichkeiten der NVIDIA-Quadro-Grafikprozessoren mit der hochleistungsfähigen Rechenleistung von NVIDIA-Tesla-Grafikprozessoren auf einer einzigen Workstation. Dazu passende Tesla-Prozessoren übernehmen automatisch die rechenintensive Arbeit des fotorealistischen Renderings oder von Simulationsberechnungen. Dadurch werden CPU-Ressourcen für Vorgänge frei, für die die CPU am besten geeignet ist – Ein und Ausgaben, Ausführen des Betriebssystems und Multitasking –, und der Quadro-Grafikprozessor kann sich komplexen, leistungsstarken und interaktiven Systemaufgaben widmen.

„Mit einer Quadro- und einer Tesla-Karte konnte ich die ganze Prozessorleistung, die ich für die Simulation brauchte, auf die Tesla-Karte umleiten. Dadurch konnten, während die Simulation lief, auf derselben Workstation andere Aufgaben erledigt werden, zum Beispiel irgendwas aus einem anderen Projekt in Houdini oder eine Compositing- oder Beleuchtungsanwendung“, erklärt uns Vandernoot. „Mit einer zusätzlichen Tesla-Karte habe ich eine eigene Prozessoreinheit, die sich um die Simulation kümmert und um sonst nichts.“

Immer am Ball bleiben

Die Erstellung der Rauchsimulationen für MIB3 in einem Maximus-System erwies sich als so effizient und ließ sich so mühelos in die Pipeline integrieren, dass bei SPI gleich zehn mit Maximus betriebene Workstations bei den Filmarbeiten zum Einsatz kamen. Die Workstations wurden eingerichtet, um eine Tool-Pipeline zu unterstützen, zu der Houdini 12 von Side Effects Software und Autodesk Maya sowie Arnold für Renderingaufgaben und Katana von SPI (inzwischen kommerziell vertrieben durch The Foundry) für die Beleuchtung gehören.

„Eins der größten Probleme bei der Einbindung von Simulationen in den Prozess der Erstellung visueller Effekte ist die Zeit der geistigen Verarbeitung. Es ist so, wie wenn man im Dunkeln arbeitet. Man macht virtuelle Pinselstriche, und wenn man drei Stunden später gefragt wird, welche Pinselstriche man gemacht hat, weiß man es unter Umständen nicht mehr“, sagt Vandernoot. „Bevor ich mit einem Maximus-System gearbeitet hatte, musste ich Simulationen an die Renderwarteschlange schicken und ganz schön lange darauf warten. Das hat mich dann immer aus meinen kreativen Überlegungen gerissen.“


Sony Pictures Imageworks erstellte über 600 virtuelle Shots der Raucheffekte im Men in Black 3

Vandernoot weiter: „Die Möglichkeit, die Simulationen schnell genug durchzuführen, um zu erfahren: ‚Na, so was! Wenn ich einen bestimmten Knopf drücke, passiert das und das‘, und die kurze Wartezeit bis zum Feedback – so weit sind wir schon gekommen. Das hat uns geholfen, die Fehler zu vermeiden, die früher wertvolle Ressourcen wie ansehnliche Bearbeitungszeiten und enorme Arbeitskräfte verschlungen haben.“

Früher sei laut Vandernoot die Durchführung von Simulationen einem Blindflug gleichgekommen. Anstatt zu würfeln und zehn verschiedene Simulationen durchzuführen, diese dann zu rendern, um präzise Ergebnisse zu erhalten, und Prozessorzyklen in der Prozesswarteschlange zu verschwenden, sei die Bearbeitungszeit nun mit Maximus um einiges kürzer und das abschließende Rendering liefere ein viel präziseres Ergebnis.

Schnellere Wiederholungen und noch mehr Details

Der Einsatz von Houdini 12 in Verbindung mit Maximus erlaubte den Künstlern von SPI, die Voxeldaten und Geschwindigkeitsfelder zu steuern, um alle relevanten Details des Rauchs in die Vorschausimulation einbauen zu können, ohne dass im Verlauf des Renderns jemand noch einmal hätte eingreifen müssen.

Dass die Verantwortlichen mit dieser Vorgehensweise richtig lagen, zeigte sich, als in einer Schlüsselszene mit einem Raketenstart eine Rauchfahne simuliert werden sollte. „Wir hatten da einen Künstler. Der kam von der Produktion zu uns und hatte bis dahin nur sehr wenig mit Videoeffekt-Tools zu tun gehabt. Trotzdem hatte er keine Probleme, sich sofort zurechtzufinden und an einer Szene mitzuarbeiten, in der eine 22 Meter lange Rauchfahne aus einer Rakete austrat. Und das erforderte Flüssigkeitssimulationen unter künstlerischer Leitung. Wir mussten diese Szene einige Dutzend Mal wiederholen. Alle Wiederholungen machten einen guten Eindruck, aber der Regisseur hatte seine ganz eigene Vorstellung davon. Ohne Maximus und Houdini 12 hätten wir in der vorgegebenen Zeit niemals dieses Pensum geschafft“, verrät Vandernoot.

„Das einzige Problem mit dieser gewaltigen Produktivitätssteigerung war bloß, dass uns der Speicherplatz ziemlich schnell ausging“, scherzt Vandernoot. „Mit dieser Arbeitsweise konnten wir die Aufnahmen so schnell wiederholen, dass wir oft gar keine Zeit hatten, die nicht benötigten Simulationen zu entfernen. Das sah ja alles so toll aus. Wir erstellten täglich viele Terabytes an Rauchsimulationen und konnten mit der zusätzlich gesteigerten Grafikprozessoroptimierung leicht den Rest der Anlage mit versorgen.“


Sony Pictures Imageworks erstellte über 600 virtuelle Shots der Raucheffekte im Men in Black 3

Zukunftsaussichten

SPI hat die Möglichkeiten, die sich mit Houdini 12 und NVIDIA Maximus bieten, gerade erst einmal ansatzweise genutzt und für zukünftige Produktionen bereits weitere Optimierungen der Pipeline geplant. „Wir waren in der Lage, sensationell schnell mehrsträngige, rasterbasierte Volumensimulationen in unserer Rauchpipeline zu realisieren, und wir sind uns ganz sicher, dass wir demnächst auch andere grafikprozessorbeschleunigte Tools aus Houdini und unserer Beleuchtungssoftware nutzen werden“, so Vandernoot.

SPI verwendet dieselbe Rauchpipeline auch für visuelle Effekte im kommenden Prequel zum Zauberer von Oz, Die fantastische Welt von Oz, und in weiteren Filmen, die sich noch in der Produktion befinden.

„Ein weiterer Schritt nach vorne wäre es, wenn wir Render-Jobs an eine grafikprozessorfähige Warteschlange schicken könnten. Es wäre schon toll, wenn sich dabei die gleichen Geschwindigkeitssteigerungen ergeben würden, wie wir sie auch schon bei den Simulationen auf unseren lokalen Maschinen, während des voll entwickelten Renderprozesses innerhalb unseres Arbeitsablaufs, erlebt haben“, sinniert Vandernoot abschließend.

Men in Black 3 startete am 25. Mai 2012 in den USA in den Kinos und spielte am ersten Wochenende über 200 Millionen US-$ ein.