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Für „Die Legende von Aang“ hat ILM das System Plume auf Basis der parallelen NVIDIA CUDA Architektur entwickelt.

 
 

Industrial Light & Magic (ILM) ist ein Unternehmen von Lucasfilm Ltd., das auf die digitalen Anforderungen der Entertainmentbranche ausgelegt ist. Bereits seit 1975 liefert ILM hervorragende Grafikeffekte für die Postproduktion. Spielfilme, Werbespots, Trailer, Musikvideos und Spezialprojekte haben bereits von ILMs Kompetenz in Bereichen wie Modellerstellung, Matte Painting, computergenerierte Bilder, digitale Animation und zahlreichen weiteren Verfahren für moderne visuelle Effekte profitiert. ILM hat innovative Software für die Erstellung digitaler Bilder entwickelt und der Branche zur Verfügung gestellt, die auch von anderen Unternehmen und Softwareherstellern übernommen wurde. ILM hält regelmäßig Rücksprache mit hoch angesehenen Filmemachern über Proof of Concept Tests. Die Effekte von ILM wurden bereits 15 mal mit dem Oscar für die besten Effekte sowie 23 mal mit Technical Achievement Awards der Academy of Motion Picture Arts and Sciences ausgezeichnet.

DIE HERAUSFORDERUNG
The Last Airbender
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Ein wichtiges Projekt von ILM war die Erstellung von 485 Effektaufnahmen für „Die Legende von Aang“ von Paramount Pictures – dem jüngsten Film des Regisseurs M. Night Shyamalan, der im Juli 2010 in die Kinos kam. Der Film enthält dramatische Szenen, in denen die Personen Macht über die Elemente erlangen – Feuer, Wasser, Luft und Erde – und diese im Kampf als Waffe einsetzen. Riesige Feuerbälle, Erdwälle, Wassersäulen und mächtige Sturmböen wurden von ILM digital simuliert.

Simulationen von Feuer und Flüssigkeiten sind extrem komplex und erfordern im Allgemeinen das Know-how eines erfahrenen Grafikeffektkünstlers, der sich mit den entsprechenden Algorithmen und der Arbeitsweise von Fluid-Solvern gut auskennt. Darüber hinaus ist der Iterationsprozess auf herkömmlichen, CPU-basierten Renderingsystemen sehr zeitaufwändig, wodurch der Kreativität bei der Filmproduktion enge Grenzen gesetzt werden.

Für „Die Legende von Aang“ forderten die Effektspezialisten bei ILM die Möglichkeit, Grafikeffekte schneller und einfacher zu simulieren, um dem Regisseur innerhalb des vorgegebenen zeitlichen Rahmens mehrere Iterationen zur Auswahl vorlegen zu können.

DIE LÖSUNG
The Last Airbender
Bild mit freundlicher Genehmigung von Paramount Pictures Corporation

Um schnellere Arbeitsabläufe und Iterationen für die Effektsequenzen für „Die Legende von Aang“ zu ermöglichen, entwickelte ILM ein eigenes Tool namens Plume. Plume dient zur Simulation von Flüssigkeiten und ist ein grafikprozessorbasierter Renderer, der auf der NVIDIA CUDA™ Architektur für parallele Berechnungen basiert. Mit Plume konnte ILM beachtliche Beschleunigungen erzielen, indem Simulationen auf einem grafikprozessorbasierten Renderingsystem mit 12 Rechnern und professionellen NVIDIA Quadro FX 5800 Grafikkarten gerendert wurden.

Die NVIDIA CUDA-basierte Plume Software von ILM ermöglichte auch das Final Frame Rendering der Simulationen auf NVIDIA Quadro Grafikprozessoren. Ursprünglich war Plume nur für das Rendern von Flüssigkeiten vorgesehen, aber es erwies sich schnell als flexibel genug, um auch computergenerierte (CG) Dynamiken beim Bändigen von Luft, Nebel, Rauch und Wolken zu berechnen. In einer der anspruchsvollsten Szenen in „Die Legende von Aang“ verteidigt sich die Hauptfigur Aang (gespielt von Noah Ringer) gegen Feuerströme mit Luftströmen, die die Flammen und Sandpartikel beiseite blasen. In dieser komplexen Szene interagieren zwei mit Plume simulierte Ströme aus Luft und Feuer miteinander.

ILM hatte beschlossen, seinen grafikprozessorbasierten Fluid-Solver mit NVIDIA CUDA anstatt mit Open GL zu programmieren, um den Entwicklungsprozess zu vereinfachen. „Mit CUDA ist das Programmieren besonders einfach. Für Plume mussten wir im Prinzip ein virtuelles System entwickeln, das benutzerdefinierte Ausdrücke ausführen kann. Dies war keine leichte Aufgabe. Indem wir mit CUDA programmierten, konnten wir schneller und flexibler arbeiten und brauchten weniger Codezeilen als mit Open GL“, erklärt Olivier Maury, Forschungs- und Entwicklungsingenieur bei ILM.

Außerdem verwendete ILM für „Die Legende von Aang“ unter anderem mental ray und Pixars Renderman zum Rendern, Autodesk Maya für Animationen, Nuke von The Foundry für Compositing und die proprietären Tools Zeno und Saber für Computergrafiken und -effekte.

DIE AUSWIRKUNGEN
The Last Airbender
Bild mit freundlicher Genehmigung von Paramount Pictures Corporation

ILM hat nicht nur das Ziel erreicht, komplexe Grafikeffekte in Zukunft wie bei „Die Legende von Aang“ schneller und einfacher erstellen zu können, sondern hat außerdem Möglichkeiten entdeckt, wie die Leistung von NVIDIA CUDA und den professionellen Quadro Grafikprozessoren in weiteren Produktionsprozessen genutzt werden können.

„Da Plume auf dem NVIDIA Grafikprozessor beschleunigt wird, ist es sehr interaktiv und kann von Effektkünstlern bedient werden, die eher über künstlerische Begabung als über technisches Fachwissen verfügen. Man muss nicht verstehen, wie die zugrunde liegenden Algorithmen oder die Fluid-Solver funktionieren, um eine detaillierte Simulation zu erstellen“, erklärt Craig Hammack, Associate Visual Effects Supervisor bei ILM.

„Bei allen Highend-Grafikeffekten sind Iterationen von größter Bedeutung“, fügt Maury hinzu. „Der Grafikkünstler muss überprüfen können, wie die Szene wirkt, an der er arbeitet, und Iterationen vereinfachen die Kommunikation über die Vision des Regisseurs. Durch die Arbeit in der NVIDIA grafikprozessorbasierten Umgebung können wir bis zu acht Iterationen pro Tag von komplexen Feuer-, Staub- und Luftsimulationen erstellen. Dies ist eine Beschleunigung um das 10 bis 15fache im Vergleich zu CPU-basierten Simulationen, die über Nacht gerendert werden müssten und von denen kaum mehr als eine pro Tag gesichtet werden könnte.“

Hammack erklärt weiter:„Realistisches Feuer ist eines der schwierigsten Elemente für glaubwürdige CG-Effekte. Für mich persönlich war der grafikprozessorbasierte Fluid-Solver die wichtigste technische Neuerung bei unserer Produktionspipeline für „Die Legende von Aang“. Anfangs bestanden Zweifel, ob es möglich wäre, überhaupt die nötigen Mengen computergeneriertes, fotorealistisches Feuer zu erzeugen, ganz zu schweigen von dem kontrollierten Feuer, dass die Personen als Waffe einsetzen. Plume war insofern ein enormer Fortschritt, als dass die Effektkünstler genügend Iterationen produzieren konnten, um die Szenen aus kreativer Sicht und nicht nur hinsichtlich der technischen Möglichkeiten zu bearbeiten.“

„Der Einsatz von CUDA und NVIDIA Grafikprozessoren hat unsere gesamte Herangehensweise an anspruchsvolle, komplexe Grafikeffekte verändert. In Zukunft werden wir sicherlich weitere Programme für CUDA entwickeln, um auch bei anderen Aufgaben Zeit zu sparen, indem wir Berechnungen auf den Recheneinheiten der Grafikprozessoren durchführen“, stellt Maury abschließend fest.

ILM plant die Integration weiterer CUDA-basierter Tools in zukünftige Projekt-Pipelines und untersucht weitere neue Möglichkeiten, wie Quadro grafikprozessorbeschleunigtes Rendern in ihre Effekt-Arbeitsabläufe integriert werden kann.



 
 
 
 
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