Die Monster Uni | Retro-Artikel

Rückblick: In der DP 05 : 2013 brachten Walt Disney und Pixar Animation Studios die Vorgeschichte „Die Monster Uni“ in die Kinos. Konnten Haar- und Cloth-Simulation mit dem Vorgängerfilm "Die Monster AG" mithalten? Animation ist eine haarige Sache!

Dieser Artikel erschien ursprünglich in der DP 05 : 2013.

Zwölf Jahre nach dem Erfolgsfilm „Die Monster AG“ bringt Walt Disney zusammen mit den Pixar Animation Studios mit dem Film „Die Monster Uni“ zum ersten Mal ein Prequel für einen Animationsfilm in die Kinos. Im Jahr 2001 kam der erste Teil, „Die Monster AG“, weltweit in die Kinos. Für diesen Film wurde die Haar- und auch die Clothsimulation für die Inhouse-3D-Software von Pixar entwickelt.

Damals war es schwierig, für den gesamten Film die Simulation für das Fell von Sulley mit seinen über 2,3 Millionen Haaren und die Haar- und Clothsimulation für Boo für einen 90-minütigen Spielfilm zu realisieren. Deshalb wurde Boo kurzerhand als Monster verkleidet und in einen Anzug gesteckt, der die Simulation des Hemdes und der Haare von Boo überflüssig machte. In all den Jahren hat sich die Computertechnik natürlich verbessert und dieses macht sich auch bei der Qualität des neuen Films bemerkbar. Schon zwischen „Toy Story“ und „Toy Story 2“ gab es bemerkbare Unterschiede im Shading und Rendering und auch im Aufbau der Figuren, die für den zweiten Teil komplett neu in der 3D-Software erstellt wurden.

Zwischen den Produktionen der beiden Filme lagen nur zwei Jahre und bei der neuen stereoskopischen Konvertierung der beiden Filme im Jahre 2010 gab es zu Anfang Probleme, die alten Szenen auf den neuen Maschinen mit der aktuellen Software überhaupt zu öffnen. Wie also verändert sich eine Produktion eines zweiten Teils, wenn dieser nach zwölf Jahren gemacht wird, zumal dieses auch keine Fortsetzung im normalen Sinn, sondern ein Prequel ist, bei dem die Charaktere sich erst kennenlernen und deutlich jünger sind. Schon im Jahre 2005 wurde von einer Fortsetzung der beliebten „Monster AG“ gesprochen.

Damals sollte der Film noch unter dem Namen „Monsters, Inc. 2“ (Die Monster AG 2) in die Kinos kommen und von Circle 7 Animation, einem Studio, welches Disney allein für die Produktion von Fortsetzungen der PixarFilme eröffnet hatte, hergestellt werden.

Firmengeschichte

Im Jahre 2006 wurde Pixar von Walt Disney übernommen und in die Firmenstruktur integriert und Circle 7 Animation in diesem Zusammenhang wieder geschlossen. Die Gerüchte, dass eine Fortsetzung zur „Monster AG“ kommt, kamen erst Ende 2010 wieder ins Rennen. In der englischen Originalfassung der „Monster Uni“ hat sich an den Stimmen nichts verändert, und wie auch beim ersten Teil werden die beiden Hauptcharaktere Mike und Sulley von Billy Crystal und John Goodman gesprochen. Auch das Drehbuch des Films beinhaltet bekannte Namen und wurde von Andrew Stanton und Pete Docter geschrieben. Andrew Stanton ist für einen der größten Erfolge der Disney/Pixar-Verbindung verantwortlich und war der Regisseur von „Findet Nemo“, der als Nachfolger der „Monster AG“ im Jahre 2003 in die Kinos kam. Pete Docter hingegen ist der Regisseur vom ersten Teil der „Monster AG“ und hat als letzte Regiearbeit den Film „Oben“ gemacht.

Story

Während im ersten Teil die Freundschaft zwischen Mike Glotzkowski und James P. Sullivan eine große Rolle im Vordergrund spielt, können sie sich zum Anfang dieses Prequels nicht ausstehen. Mike ist ein sehr unsicheres Monster, welches später gerne auf der Schreietage arbeiten möchte. James P. Sullivan hingegen ist sich seiner Abstammung aus einer Familie großer Schreitalente bewusst und gibt sich aus diesem Grund kaum Mühe. Auch ohne großes aufweisbares Talent ist er an der Uni ein bekanntes und respektiertes Monster, welches sich vor Verehrerinnen kaum retten kann. Die beiden Hauptcharaktere teilen sich durch ungünstige Ereignisse ein Zimmer, aber können sich gegenseitig nicht wirklich ausstehen. Wer den ersten Teil gesehen hat, kann in etwa erahnen, wie sich die Handlung entwickeln wird.

Characters

Während es im ersten Teil circa 40 Charaktere gab, mit denen die Monsterwelt belebt wurde, so gibt es dieses Mal über 400 Monster, die größtenteils auch behaart sind oder Kleidung tragen. Natürlich hat sich nicht nur die Anzahl der Charaktere ver- ändert, sondern auch der Rest der Technik. Für jede Produktion wird die Software grundlegend verändert und meistens bei der Produktion von Kurzfilmen getestet. So wurde zum Beispiel das Lighting grundlegend für den Film „Cars“ neu gestaltet, damit die einzelnen Shots schneller beleuchtet werden können. Zuvor musste für eine genaue Darstellung der Schatten jedes Mal ein Bild gerendert werden, was sehr umständlich war und viel Zeit gekostet hat. Für die Produktion von „Cars“ wurde die Software so verändert, dass automatisch im Hintergrund verschiedene Bilder mit verschiedenen Lichteinstellungen gerendert und in der Software gespeichert werden. Dadurch kann die Software schneller auf diese Bilder zurückgreifen und eine interaktivere Lichtsetzung und schnellere Darstellung der Lichtquellen und Schatten wird ermöglicht. Auch in Maya wurde eine solche Variante umgesetzt und der Viewport 2.0 entwickelt. Bei der „Monster Uni“ kam auch eine neue Beleuchtungsfunktion mit dem Namen Global Illumination bei Pixar zum Einsatz.

Renderman

Durch den Einsatz von Global Illumination wurden die Renderzeiten der Bilder erheblich erhöht, wodurch es unmöglich wurde, den Film in der vorgegebenen Zeit komplett zu rendern. Erst durch die Veränderung und Anpassung der Eigenschaften von Renderman an das neue Beleuchtungstool durch das betreuende Renderman-Technik-Team, wurde es den Produzenten ermöglicht, den Film in der vorgegebenen Zeit zu rendern. Renderman ist ein Teil von Pixars eigener 3D-Software und kann auch von anderen Firmen lizenziert und benutzt werden. In Deutschland kann die Software über den Software Fachhändler Weltenbauer (www. weltenbauer.com/software/pixar-s-renderman) erworben werden.

Haarige Mengenmonster

Hinsichtlich der Simulation für Massen szenen hat sich in der „Monster Uni“ einiges getan. Für jeden Animator oder Renderer sind solche Massenszenen der blanke Horror und die Kameras werden so zurechtgerückt, dass man von den Massen so wenig wie möglich sehen kann. Für den ersten Teil, die „Monster AG“, wurde der Cloth- und Haarsimulator erstmals entwickelt und geschrieben. Für diesen Film wurden diese Simulatoren erstmals massiv in der Funktionsweise verändert, um eine Vereinfachung und Verfeinerung der Berechnung der Simulationen zu erreichen, wodurch es erst möglich wurde, fast permanent behaarte Monster in allen möglichen Variationen und Farben auf die Leinwand zu bringen. Die letzte große Änderung der Haarsimulation wurde für den Film „Ratatouille“ vorgenommen. Damals gab es das Problem, dass die Ratten, die alle behaart sind, sich in den vielen reflektierenden Objekten in der Kü- che andauernd spiegeln und dadurch zu viel Renderzeit benötigten. Damit nicht jedes einzelne Haar in der Reflexion berechnet werden muss und weil die reflektierenden Objekte die Charaktere meistens nur verzerrt und sehr ungenau darstellten, wurde die Software so optimiert, dass die Ratten in den Reflexionen keine Haare hatten, sondern nur aus grauen Flächen bestanden, was den Zuschauern nicht auffällt. Auf die Entfernung ist es nicht notwendig, jeden einzelnen Grashalm oder jedes einzelne Blatt zu zeigen, sondern man benötigt nur eine grüne Fläche, um den Eindruck eines Baumes zu vermitteln. Durch diese Reduzierung wurde es möglich, die Massen an Behaarung zu rendern.

Hier wird ein Subdiv Model in Maya gezeigt. Der äußere Rahmen, der das innere Subdiv Model steuert, besteht aus Polygonen, die mit den Poly-Tools verändert und geteilt werden können. Wie deutlich zu sehen ist, werden die Faces des Subdiv Models in unterschiedlichen Detailgraden dargestellt. Im oberen Bereich ist der Detaillevel 4 eingestellt und an den Seiten Detaillevel 1.

In diesem Film gibt es zum ersten Mal in einem animierten Film fast keinen Shot, in dem nicht mindestens 25 Monster zur gleichen Zeit auf der Leinwand zu sehen sind. Nur am Anfang sind ein paar Shots mit nur einem Charakter zu sehen.

Der Film handelt von der College-Zeit der Protagonisten und wie es an den US-Colleges üblich ist, werden ausufernde Partys der Studentenverbindungen gefeiert und Veranstaltungen abgehalten. Auch der Campus ist permanent mit vielen Monstern belebt, die die unterschiedlichsten Bewegungen ausüben.

An sich sind die Animationscycle und gleiche Bewegungen in den Crowds kaum bemerkbar, einzig und allein die sich wiederholenden Typen von Monstern fallen ein wenig, aber dennoch nicht negativ, auf. Durch die Masse der Charaktere wurde es nötig, 127 Typen von Kleidung zu simulieren, während es im ersten Teil schon schwierig wurde, das eine T-Shirt, welches von Boo getragen wurde, zu simulieren und zu rendern. Durch die Veränderungen in der Haarsimulation war es auch möglich, mehr Haare zu kontrollieren und zu berechnen. So hatte Sulley im Jahr 2001 noch um die 2,3 Millionen Haare und für diesen Film konnten bis zu 5,5 Millionen simuliert werden – was insofern realistisch klingt, da auch beim Menschen mit dem Alter die Anzahl der Haare abnimmt.

Die Pixar Animation Studios legen Wert darauf, dass ihre Entwicklungen nicht ausschließlich im Studio verwendet, sondern auch von anderen Studios in der Industrie als Standard eingesetzt werden. Damit auch andere Studios die Möglichkeiten und den Zugang zu den Entwicklungen haben, wird bei Pixar nicht nur mit der hauseigenen Software gearbeitet, sondern es kommen auch viel off-the-shelf Software-Pakete zum Einsatz, die für jedermann zugänglich sind. Für die Weiterentwicklung im Modeling arbeiten die Artists der Pixar Animation Studios sehr eng mit Autodesk zusammen und entwickeln neue Lösungen für das Softwarepaket Maya. So wurden zum Beispiel alle Modelle aus allen Filmen mit Maya erstellt.

Zum Modellieren wird bei Pixar auf Open Subdiv Surfaces (Open source subdivision surfaces) zurückgegriffen, bei denen sich der Artist beim Modellieren nicht permanent Gedanken um die Anzahl der Polygone und die Auslegung der UVs machen muss. Die sogenannten Open Subdivs sind eine Weiterentwicklung der Subdivision Surfaces. Die Subdivison Surfaces (oder auch Subdiv Surfaces) lassen sich, anders als Polygonobjekte, in verschiedenen Auflösungen darstellen und damit in Regionen, in denen man mehr Details benötigt, mit einer höheren Unterteilung der Flächen anzeigen. Ähnlich wie bei Nurbs-Flächen, werden bei Subdivs nicht die einzelnen Flächen direkt verschoben, sondern werden durch ein Drahtgitter beeinflusst, welches um das Objekt dargestellt wird. Dieses äußere Drahtgitter verhält sich wie ein Polygonmodel und kann mit den Poly-Tools, die sich in Maya in „Mesh und Edit“> Mesh befinden, bearbeitet werden.

Die Bearbeitung des äußeren Drahtgitters beeinflusst das darunter liegende Subdiv Model, welches sich wie ein Nurbs Model verhält, aber auch die Eigenschaften eines Polygonmodels besitzt wie zum Beispiel die Möglichkeit von in sich geschlossenen Flächen und UVs. Obwohl Subdivision Surfaces weniger Geometriespeicher brauchen als Polygone, werden die hochaufgelösten Modelle immer noch so schwer, dass der Rechner zu langsam wird, um damit vernünftig zu arbeiten. Die Open Subdivs werden bei Pixar auch als „Feature Adaptive Subdivision“ bezeichnet, da beim Erstellen dieser Flächen ein Algorithmus nach Möglichkeiten sucht, wie die Patches am besten verbunden werden können, damit die Auflösung ausreicht und der Rechner trotzdem schnell bleibt.

Das Model behält dabei dasselbe Aussehen wie ein Subdivison Model, aber die Flächen werden durch sogenannte B-Splines, Transition Patches, die auch Dreiecke zulassen, und irreguläre Flächen verbunden. Dies bedeutet, die Modelle bestehen nicht unbedingt nur aus Quads, sondern es können durchaus auch triangulare Flächen vorkommen. Da die irregulären Flächen schwer zu texturieren sind und auch Fehler oder Verzerrungen aufweisen können, sind die Algorithmen so programmiert, dass die irregulären Flächen bei der Erhöhung der Anzahl der Subdivs immer kleiner werden und die neu entstandenen Flächen durch B-Splines und Transition Patches ausgefüllt werden.

Open Subdiv

Die Artists müssen sich bei den Open Subdiv Surfaces auch keine Gedanken über Details machen. Bei Polygonen muss man immer beachten, an welchen Stellen man die Details benötigt, und dass die Polygone in etwa gleichmäßig verteilt sind, damit das Model ordentlich texturiert werden kann. Bei den Open Subdivs können die Details dort eingefügt werden, wo sie benötigt werden. Um die Texturen muss man sich ebenfalls keine Gedanken machen, da sie später über das Auslegen von Global UVs erstellt werden können.

Damit Berechnung und Darstellung der Open Subdivs schneller funktionieren, kommt für die Berechnung der CPU auch noch die GPU zum Einsatz. Dadurch war es möglich, ein Modell mit 300.000 Unterteilungen auf den nächsten Level und damit 500.000 Unterteilungen darzustellen. Die Darstellungszeit sank durch Einsatz der CPU und GPU von 100 Millisekunden auf 3 Millisekunden.

Die Open-Subdiv-Technik kann unter graphics.pixar.com/opensubdiv/index.html lizenziert werden. Durch die Verwendung der Open Subdivs wurde es bei der Produktion auch möglich, den Animatoren ein höher aufgelöstes Model mit einer genaueren Darstellung der Texturen und Displacement Maps zur Verfügung zu stellen. Die Animatoren hatten dadurch schon bei der Animation die Möglichkeit zu sehen, wo sich die Texturen der Modelle verzerren oder wo die verwendeten Facial Expressions nicht mehr funktionieren. In vorigen Produktionen wurde Animation mit Proxy-Texturen gemacht, bei denen Verzerrungen in den Texturen erst nach dem Rendering auffielen.

Daher entstand ein Hin und Her bei der Animation und dem Rendering, welches mit der neuen Technik und der genauen Darstellung von Texturen und Displacement Maps verhindert werden kann.

Durch den Einsatz der Open Subdivs hatten auch die Rigger einen Vorteil, da viele Details wie zum Beispiel Dornen nicht mehr einzeln modelliert wurden, sondern erst im Rendering durch die sogenannten Displacement Maps, bei denen die Geometrie durch die Eigenschaft des Shaders verändert wird, erzeugt wurden. Dadurch gab es weniger Geometrie, die geriggt werden musste, sondern erst durch die Shader sichtbar wurde. Durch die Interaktivität zwischen dem hochaufgelöst dargestellten Charakter und den Animatoren, waren Regler möglich, mit denen sie die Stärke der Bump-Maps und auch Displacement Maps in der Animation regulieren konnten. Durch den Einsatz der neuen Technik war es überhaupt erst möglich, die „Monster Uni“ zu realisieren und die Bilder in einer überschaubaren Zeit auf die Leinwand zu bringen. Wie auch bei den anderen Pixar-Filmen lohnt es sich, den Film im Kino anzuschauen und es ist eine Überlegung wert, die entwickelten Technologien von Pixar in die eigene Pipeline zu integrieren.

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