Anforderungen
Avatar, der bahnbrechende Stereoscopic-3D-Film von James Cameron und Twentieth Century Fox, spielte am Startwochenende Mitte Dezember 2009 über 77 Millionen Dollar ein. Das ist das beste je von einem 3D-Film erreichte Ergebnis. Inzwischen liegen die weltweiten Kinoeinnahmen bereits bei über 1 Milliarde Dollar. Der Science-Fiction-Film zeichnet sich durch die Kombination real gedrehter und computeranimierter Szenen aus.
Das neuseeländische Unternehmen Weta Digital war maßgeblich an der Entwicklung der visuellen Effekte im Film beteiligt. Das Unternehmen ist bereits seit längerem Nvidia-Kunde und setzt bei der Realisierung visueller Effekte sowohl Nvidias Quadro- als auch Tesla-Lösungen ein.
Die Aufgabe von Weta bei Avatar bestand darin, Sequenzen mit bis zu 800 Computergrafik-Charakteren zu erstellen. Die dafür erforderliche Rechenpower war höher als bei allen anderen vorhergehenden Weta-Projekten. Deshalb hat sich Weta für die Nutzung von Nvidia-Lösungen entschieden.
„Die Komplexität von Avatar hat uns dazu veranlasst, über das Rendern neu nachzudenken“, erläutert Sebastian Sylwan, Chef der Abteilung Research and Development bei Weta. „Für das Rendern nutzen wir RenderMan, aber angesichts der ungeheuren Datenmengen bei Avatar haben wird den Großteil der erforderlichen Kalkulationen in einer Vorberechnungsstufe vorgenommen. Die Aufgabe, die wir zu lösen hatten, betraf weniger das Rendern als vielmehr das High-Performance-Computing, und deshalb haben wir uns für die Nutzung der massiv-parallelen Rechenpower der Nvidia-Lösungen entschieden.“ Jacopo Pantaleoni, Research Senior Architect bei Nvidia, ergänzt: „Zentrale Herausforderung war, dass zum ersten Mal in der Geschichte visueller Effekte in der Computergrafik die erforderliche Anzahl von Polygons nicht im Millionen-, sondern Milliardenbereich lag.“
Lösung
Die Entwicklungsabteilungen von Weta und Nvidia haben gemeinsam über mehrere Monate an der Konzeption einer Raytracing-Software gearbeitet, die eine Bearbeitung der Milliarden von Polygonen bei Avatar ermöglicht.
Nvidia und Weta haben dabei eine neue Vorberechnungs-Engine mit dem Namen PantaRay entwickelt, mit der High-Performance-Rechenleistung in der VFX-Pipeline genutzt werden kann. Der Name PantaRay spielt an auf den griechischen Aphorismus „panta rhei“ mit der Bedeutung „alles fließt“. Der innovative Lösungsansatz ermöglichte es Weta, komplexere Szenen in kürzerer Zeit zu rendern, bei gleichzeitig geringerem Speicher- und Prozessorbedarf. Das Resultat sind Darstellungen in fotorealistischer Qualität, die vorher aus Zeit- und Kostengründen nicht möglich waren.
NVIDIA portierte außerdem die PantaRay-Engine auf CUDA-basierte GPUs. Durch die Verwendung eines Servers mit einer Nvidia-GPU Tesla S1070 anstatt eines CPU-basierten Servers wird eine 25-fach schnellere Bearbeitungsgeschwindigkeit ermöglicht.
Nutzen
Die Vorteile von PantaRay zeigen sich deutlich im Promotion-Trailer des Films (unter: promotional trailer). Die Aufnahmen aus einem Helikopter von purpurnen Kreaturen, die über das Wasser fliegen, mit einem bewaldeten Berg im Hintergrund wurden innerhalb von nur eineinhalb Tagen mit PantaRay vorberechnet. „Für diese Einstellung hätten wir mit bisherigen Methoden eine Woche gebraucht“, betont Luca Fascione, Rendering Research Lead bei Weta. „Wir können nun erheblich bessere Aufnahmen machen – man kann exakte Details auf jedem Busch oder einzelnen Blatt erkennen. Die Rechenleistung von PantaRay macht den Unterschied aus.“
Martin Hill, Head Shading bei Weta Digital, erklärt: „Da sich die Komplexität bei jedem unserer Projekte erhöht, steigen auch die Anforderungen an das Rendern. Und je komplexer das Rendern ist, desto schwieriger ist es, die Filmszenen deutlich zu gestalten. Mit PantaRay können komplizierte Szenen ebenso leicht wie einfach berechnet werden.“
Beim kommenden Filmprojekt Tintin von Steven Spielberg und Peter Jackson plant Weta Digital, PantaRay in Kombination mit Tesla-GPUs von NVIDIA einzusetzen und weitere Wege zu erschließen, um visuelle Effekte zusätzlich zu beschleunigen.
Ein Making of zu Avatar finden Sie in der aktuellen Ausgabe der DIGITAL PRODUCTION, die Sie am Kiosk oder im DP-Shop erwerben können.
