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NVIDIA Quadro K4000 hilft Pixomondo bei der Erschaffung fremder Welten für Star Trek Into Darkness

Pixomondo ist ein internationales Effektstudio, das mithilfe eines 24-Stunden-Produktionszyklus und einem weltweiten Niederlassungsnetzwerk Projekte für Film, Fernsehen und kommerzielle Kunden realisiert. Für seine Arbeit an „Hugo Cabret“ erhielt das Studio einen Academy Award und einen Emmy Award für die zweite Staffel von „Game of Thrones“. Einen weiteren Beweis für sein künstlerisches Können lieferte das Studio mit den Grafikeffekten für J.J. Abrams Epos Star Trek Into Darkness.

Mit umfangreicheren Szenen als je zuvor schuf Pixomondo etwa 300 Sequenzen für Star Trek Into Darkness – ungefähr ein Drittel der Grafikeffekte des Films. Wie bei den meisten größeren Projekten von Pixomondo wurden die Sequenzen je nach verfügbarer Bandbreite und individuellen Fähigkeiten auf Niederlassungen auf der ganzen Welt verteilt. Der Hauptsitz ist dabei in Los Angeles.

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© 2013 Paramount Pictures. Image courtesy of Pixomondo.

Ben Grossmann war der leitende VFX-Supervisor des Projekts bei Pixomondo, und Enrico Damm koordinierte die 25 Effektkünstler, die in Los Angeles eine der actionreichsten Szenen des Filmes schufen. In dieser 15-minütigen Sequenz kommt ein fremder Planet aus der Sicht eines Flugzeugs langsam in Sicht. Anschließend sinkt das Flugzeug durch die Wolken hindurch ab und landet. Mit etwa 80 Videoeffektszenen ist die Sequenz beinahe vollständig computergeneriert. Nur die Aufnahmen der Crew im Cockpit sind Filmaufnahmen. Um die schnellen Schnitte, die große Zahl an Einstellungen und die extrem umfangreichen Szenen zu realisieren, nutzte das CG-Team eine leistungsfähige NVIDIA-Quadro-K4000-GPU zur Beschleunigung der Arbeitsabläufe in Autodesk 3ds Max.

DIE HERAUSFORDERUNG

Der Regisseur J.J. Abrams bestand auf Flexibilität hinsichtlich der Kamerafahrten und Aufnahmewinkel, so dass Pixomondo die vollständig computergenerierte Alien-Stadt mit enormer Tiefe erstellen musste. Jede Szene war extrem detailliert – 3D-Bilder mit 130 Millionen aktiven Polygonen und bis zu 32 GB Texturen – um Abrams möglichst uneingeschränkte Kamerabewegungen zu ermöglichen. Die dafür benötigte enorme Datenmenge brachte die Workstations von Pixomondo an ihre Grenzen und führte zu frustrierenden Leistungseinbrüchen.

Bei der Verwendung der Software Autodesk 3ds Max für 3D-Modellerstellung, Animation und Rendern kam es bei umfangreichen Szenen zu Wartezeiten bis zu einer Stunde, während der Workstations mit älteren Grafikprozessoren "einfroren" und nicht mehr zu gebrauchen waren. Mit dem MARI 3D-Paint-Tool von The Foundry dauerte die Überprüfung, ob die gepainteten Elemente korrekt eingefügt wurden, bei manchen Szenen mit mehr als 200 8K- und 16K-Texturen häufig eine Minute und länger, so dass die Künstler doppelt so viel Zeit mit Warten wie mit der eigentlichen Arbeit verbrachten und den interaktiven Workflow von MARI nicht nutzen konnten.

"Hinsichtlich der Szenengröße haben wir Neuland betreten", erklärt Damm. "In den riesigen 3D-Szenen war die Navigation irgendwann unmöglich, und alle Programme wurden sehr langsam. Wir mussten mit vielen und größeren Texturen arbeiten als je zuvor. Unsere Workstations waren nicht leistungsfähig genug, um diese Datenmenge zu verarbeiten."

DIE LÖSUNG

Anfang Februar 2013 beschafften sich Damm und sein Team neun NVIDIA-Quadro-K4000-Grafikkarten mit der neuesten und schnellsten Kepler-GPU-Architektur und installierten sie in Dell-Workstations mit HP-X5000-Speicherservern. Die K4000-GPUs kamen vor allem für die Beleuchtung und das Zusammensetzen der Szenen in 3ds Max zum Einsatz. Besonders bemerkenswert war die Beschleunigung des Zugriffs auf einzelne Elemente nach dem Upgrade mit den Quadro-Karten.

“Wir waren tief beeindruckt, wie deutlich die K4000-GPUs die Leistung in den 3ds Max Viewports steigerten” sagt Damm.

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© 2013 Paramount Pictures. Image courtesy of Pixomondo.

“Nachdem wir festgestellt hatten, wie viel schneller und reibungsloser die Datenverarbeitung ablief, haben wir so viel wie möglich auf den K4000-beschleunigten Workstations erledigt. Sie liefen praktisch rund um die Uhr. Wenn einer der Künstler Feierabend hatte, übernahm ein anderer auf demselben System.”

Bevor die Workstations mit den Quadros aufgerüstet wurden, dauerte es eine beträchtliche Zeit, einen 3ds Max Viewport überhaupt zu öffnen, und bei den größten Szenendateien war es manchmal sogar ganz unmöglich. Mit den Kepler-GPUs bearbeiteten die Künstler einzelne Elemente wesentlich schneller und erledigten Tag für Tag mehr Arbeit. Außerdem konnten sie in den Viewports Schatten aktivieren und Lichtquellen in Echtzeit bewegen. Sie erstellten Elemente schneller in besserer Qualität und mit kürzerer Wartezeit und bearbeiteten selbst umfangreiche Szenen interaktiv im Viewport. Große Modelle konnten editiert werden, ohne Details wie Texturen oder Schatten zu deaktivieren, was aussagekräftigere Previews ermöglichte und somit zu einer schnelleren Realisierung der Vorstellungen des Regisseurs für die jeweilige Szene führte.

DIE AUSWIRKUNGEN

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© 2013 Paramount Pictures. Image courtesy of Pixomondo.

Die Effektkünstler von Pixomondo erledigten mit den Quadro-K4000-beschleunigten Workstations jeden Tag mehr Arbeit und verbrachten weniger Zeit mit frustrierendem Warten, während vorher selbst kleine Änderungen großen Aufwand erforderten. Aufgrund der riesigen Datenmengen mussten große Szenen in mehrere Dateien zerstückelt werden, um die einzelnen Elemente zu bearbeiten. Wenn zum Beispiel die Beleuchtung verändert werden sollte, wurden zunächst der Vordergrund und anschließend der Hintergrund separat bearbeitet, was doppelt so viel Aufwand und Zeit erforderte. Damm versuchte, das Rendern zu beschleunigen, indem er auf bestimmte Details verzichtete, doch dies führte zu Problemen mit der Kontinuität.

“"Das Aufteilen großer Szenen umgeht zwar das Problem des enormen Datenvolumens, doch müssen die Künstler anschließend die verschiedenen Renderings vergleichen um sicherzustellen, dass jede Änderung in der gesamten Szene übernommen wurde. Wenn eine Kleinigkeit vergessen wurde, musste die ganze Szene erneut gerendert werden. Das war keine ideale Lösung", erklärt Damm.

Schnellere Workstations bedeuteten produktivere und zufriedenere Künstler und ermöglichten die Arbeit mit großen Szenen, ohne sie aufteilen zu müssen. Außerdem erübrigte sich durch die Quadro Grafikkarten das Problem "eingefrorener" Systeme, bei denen die Künstler untätig abwarten mussten, bis der Viewport wieder reagierte.

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