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Caso de estudio de NVIDIA Quadro: ILM y Airbender, el último guerrero

 
 

Industrial Light & Magic (ILM) es una compañía de Lucasfilm Ltd. dedicada a la creación de contenidos digitales para la industria del entretenimiento. La compañía lleva desde 1975 prestando servicios de efectos especiales de extraordinaria calidad para la fase de posproducción. Productoras de cine, publicidad, vídeos musicales o vídeos para grandes espectáculos han aprovechado la incomparable maestría de ILM en aspectos como la elaboración de modelos o fondos virtuales, la generación de imágenes por ordenador, la animación digital y otros procesos utilizados habitualmente en la creación de efectos visuales. Para cumplir esta tarea, la empresa ha desarrollado novedosas aplicaciones para la producción de imágenes digitales que han sido adoptadas por otras compañías y fabricantes de software. ILM colabora regularmente con algunos de los realizadores de cine más prestigiosos en pruebas de viabilidad de nuevos conceptos y ha sido galardonada con quince Oscar a los mejores efectos visuales, además de recibir veintitrés premios al logro técnico de la Academia de las Artes y las Ciencias Cinematográficas.

EL RETO
Airbender, el último guerrero
Ver el tráiler oficial.

El último trabajo del estudio fue crear 485 tomas de efectos visuales para la última película del director M. Night Shyamalan, Airbender, el último guerrero ("The Last Airbender"), de Paramount Pictures, que se estrenó en julio de 2010. La cinta incluye secuencias de gran intensidad dramática en las que los personajes, dotados del poder de controlar los elementos fundamentales (fuego, aire, agua y tierra), los utilizan como armas de combate. Bolas de fuego gigantescas, muros de piedra, corrientes de agua y vendavales son algunas de las numerosas simulaciones que ILM tuvo que crear para el film.

Las simulaciones de fuego y líquidos como el agua suelen ser muy difíciles de crear y requieren la experiencia de un artista o un supervisor de efectos especiales que conozca a fondo los algoritmos y los detalles de funcionamiento de los solvers de fluidos. Por otra parte, los tradicionales clusters de renderizado basados en la CPU convierten las iteraciones de los efectos en un proceso muy largo que limita la creatividad en contextos tan condicionados por los plazos de entrega como son las producciones cinematográficas.

Los expertos de ILM querían tener la flexibilidad de crear las simulaciones de la película con menos esfuerzo y en menos tiempo, de manera que dispusieran de más iteraciones para elegir y ofrecer al director sin salirse de los plazos establecidos.

LA SOLUCIÓN
Airbender, el último guerrero
Imagen por cortesía de Paramount Pictures Corporation

A fin de conseguir flujos de trabajo más rápidos y mayor número de iteraciones de las distintas secuencias que estaban creando para Airbender, ILM creó una herramienta especial llamada Plume. Es al mismo tiempo un sistema de simulación de fluidos y un renderizador basado en la GPU que se desarrolló utilizando la arquitectura de cálculo paralelo NVIDIA CUDA™. Los estudios experimentaron una mejora drástica de las velocidades de ejecución de los renders de simulación en un cluster de renderizado basado en GPU compuesto por tarjetas gráficas NVIDIA Quadro FX 5800.

El software Plume permitió a ILM efectuar el renderizado final de las imágenes en las GPU NVIDIA Quadro. Aunque inicialmente la herramienta se había diseñado sólo para renderizar simulaciones de fluidos, demostró tener la suficiente flexibilidad para ayudar en la creación de efectos de humo, bruma y movimiento del aire. Una de las secuencias más difíciles de realizar de la película muestra al protagonista, Aang (papel interpretado por Noah Ringer), neutralizando poderosas lenguas de fuego con ráfagas de aire que hacen retroceder las llamas mezcladas con partículas de arena. Esta toma contiene dos simulaciones de Plume que reflejan la compleja interacción entre fuego y aire al chocar entre sí.

En ILM optaron por escribir el solver de fluidos acelerado en la GPU con CUDA en vez de Open GL porque simplificaba el proceso de desarrollo. “Es extraordinariamente fácil codificar con CUDA. El desarrollo de Plume básicamente nos obligaba a crear una máquina virtual para ejecutar expresiones a medida. No es una tarea fácil, pero escribir el programa en CUDA nos permitió trabajar con rapidez y flexibilidad, y necesitaba menos líneas de código que Open GL”, comenta Olivier Maury, ingeniero de investigación y desarrollo de ILM.

Las principales herramientas utilizadas por ILM para esta producción incluyen mental ray y Renderman (Pixar) para la renderización, Maya (Autodesk) para la animación, Nuke (The Foundry) para la composición, y Zeno y Saber (desarrolladas internamente) para la generación de imágenes por ordenador y la creación de efectos.

EL RESULTADO
Airbender, el último guerrero
Imagen por cortesía de Paramount Pictures Corporation

ILM no sólo consiguió sus objetivos de crear efectos más complejos en menos tiempo, como demostraron en Airbender, sino que descubrieron nuevas posibilidades para aprovechar el potencial de CUDA y las GPU Quadro en sus procesos de producción.

“Dado que Plume se acelera en las GPU NVIDIA, ofrece un alto grado de interactividad y proporciona una herramienta más orientada a utilizar la visión del artista que su conocimiento técnico. No es necesario entender los algoritmos que hay debajo de la interfaz ni el modo en que funcionan los solvers de fluidos para manejar los detalles de una simulación”, explica Craig Hammack, supervisor adjunto de efectos especiales de ILM.

“Como todo en los efectos especiales de alto nivel, la iteración es fundamental”, comenta Maury, que prosigue diciendo: “Es crucial para el artista hacerse una idea de cómo está funcionando la toma y es importante para interpretar y comunicar la visión del director. Al trabajar con procesos basados en las GPU NVIDIA, podíamos ver hasta ocho iteraciones al día de simulaciones complejas de fuego, polvo y aire. Es una cifra enorme y representa entre 10 y 15 veces más velocidad con respecto a las simulaciones basadas en la CPU, que obligaban a renderizar por la noche y proporcionaban alrededor de una iteración al día”.

Hammack añade que “Conseguir realismo en el fuego es uno de los retos más difíciles a la hora de dar credibilidad a las imágenes generadas por ordenador. Para mí, el solver de fluidos para la GPU es uno de los logros técnicos más significativos utilizados en la producción de Airbender. Al principio temblábamos simplemente ante la idea de crear semejante volumen de imágenes de fuego con apariencia de realidad, eso sin contar que era un fuego controlado y debía utilizarse como herramienta de los personajes. Plume fue un extraordinario avance porque permitió a los artistas desarrollar iteraciones a una velocidad que les permitía pensar en las escenas con una perspectiva más creativa que técnica”.

“Poder utilizar CUDA y las GPU de NVIDIA ha cambiado por completo la forma de abordar los problemas de crear efectos visuales complejos. En el futuro, pensamos realizar nuevos desarrollos con CUDA para aprovechar el ahorro de tiempo que proporciona el uso de las GPU”, concluye Maury.

ILM tiene previsto incorporar otras herramienta basadas en CUDA a futuros proyectos y continúa explorando nuevas formas de implementar el renderizado acelerado en las GPU Quadro en sus procesos de producción de efectos especiales.



 
 
 
 
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