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NVIDIA y Weta colaboran para acelerar los efectos visuales de Avatar

 
 

Avatar, el novedoso film 3D dirigido por James Cameron y producido por Twentieth Century Fox, se estrenó el 18 de diciembre de 2009 con una recaudación récord de más de 77 millones de dólares en el fin de semana del estreno, más que ninguna otra película en tres dimensiones, y, desde entonces, registra ya más de 1000 millones de dólares de taquilla. Parte del éxito del film reside en la riqueza de las imágenes y un amplio reparto de personajes virtuales que se mueven por exuberantes paisajes generados por ordenador.

EL RETO
Avatar
Ver el tráiler oficial en youtube.

El estudio neozelandés Weta Digital, principal artífice de los efectos visuales de la película, es un antiguo cliente de NVIDIA® que ha introducido los gráficos profesionales Quadro® y las soluciones de alta computación Tesla™, ambos de NVIDIA, en sus procesos de producción de efectos visuales (VFX).

El estudio recibió el encargo de crear escenas de hasta 800 personajes generados por ordenador y ambientados en escenarios digitales de diseño tremendamente sofisticado. La capacidad de cálculo necesaria para procesar las tomas de Avatar era mayor de lo que había necesitado ningún otro trabajo abordado por Weta hasta la fecha, así que acudieron a NVIDIA, inventora de la unidad de procesamiento gráfico (GPU).

Según explica Sebastian Sylwan, responsable de investigación y desarrollo de Weta, “La complejidad de Avatar nos hizo buscar otra forma de renderizar. Normalmente hacemos el renderizado final, con los últimos retoques, con RenderMan, pero, para optimizar las iteraciones artísticas con los enormes volúmenes de datos generados para Avatar, tuvimos que introducir una fase de precálculo para procesar el grueso de las operaciones. Los problemas que necesitábamos resolver no eran tanto de renderizado, como de capacidad de computación y nos dimos cuenta de que usar la potencia de cálculo paralelo de la GPU para resolver problemas de alta carga computacional es el punto fuerte de NVIDIA”.

En marzo de 2009, el jefe de investigación de renderizado de Weta, Luca Fascione, junto con el director de tecnología de la compañía, Paul Ryan, y Jacopo Pantaleoni, un experto en arquitectura gráfica con años de experiencia en NVIDIA Research, empezaron a discutir la forma en que se debía acometer la tarea. “Paul me dijo que, por primera vez en la historia de los efectos especiales generados por ordenador, el número de polígonos necesarios sería de miles de millones y no de millones como era habitual”, cuenta Pantaleoni, y continúa: “Luca describió su exclusiva forma de tratar la iluminación y la necesidad de contar con una solución escalable para realizar el trazado de rayos del mundo tan increíblemente complejo que estaban a punto de crear”.

LA SOLUCIÓN
Avatar

El departamento de I+D de Weta y NVIDIA Research comenzaron su colaboración, lo que llevó a Pantaleoni a trasladarse a Nueva Zelanda durante unos meses para empezar el desarrollo de un software de trazado de rayos capaz de manejar los miles de millones de polígonos existentes en las complicadas secuencias de Avatar.

NVIDIA y Weta desarrollaron un nuevo motor de precálculo, bautizado con el nombre de PantaRay, para introducir capacidades de alta computación en los procesos de producción de efectos del estudio. El nombre PantaRay es un ingenioso juego de palabras basado en el aforismo griego "panta rhei”, que significa, “todo fluye”. Este potente sistema se diseñó especialmente para acelerar el precálculo de la información de oclusión utilizada a lo largo de todo el proceso de renderizado de Weta y, de esta forma, facilitar una forma rápida y dinámica de recalcular la iluminación en función de las escenas.

Este innovador método permitió a Weta renderizar escenas más complejas en menos tiempo y reducir a la vez el uso de memoria y el número de procesadores necesarios. Esto dio a los artistas la posibilidad de iterar más rápido y efectuar más cambios para, finalmente, conseguir resultados de realismo prácticamente fotográfico y de muy alta calidad. Gracias a la colaboración con NVIDIA, Weta pudo generar escenas que antes hubieran sido prohibitivas en tiempo y coste.

El éxito de la solución impulsó a Weta a ampliar el uso del GPU computing en sus procesos, es decir, utilizar la potencia de la tecnología NVIDIA para realizar procesamiento paralelo masivo. NVIDIA trasladó el motor PantaRay de la compañía a una versión programada en CUDA que se ejecuta 25 veces más rápido utilizando un servidor basado en las GPU NVIDIA Tesla® S1070 en lugar de un servidor basado en CPU.

EL RESULTADO
Avatar

Una escena que ilustra las mejoras conseguidas por Weta gracias a PantaRay puede verse en el tráiler promocional de la película. Una de las tomas, realizada desde un helicóptero, permite ver una bandada de criaturas de color púrpura que vuela sobre el agua con una gigantesca montaña poblada de árboles de fondo. Pues bien, esa escena se precalculó en tan sólo un día y medio con PantaRay. “Con los métodos antiguos, la escena hubiera llevado una semana”, comenta Fascione, que explica así las ventajas del nuevo sistema: “La gran aceleración que proporcionó PantaRay nos permitió crear una escena mucho más hermosa, donde puedes ver hasta el último detalle de cada arbusto, cada hoja. La separación de colores entre las diferentes distancias es clara y limpia. La capacidad de cálculo de PantaRay marcó la diferencia”.

Cuando se ejecuta en las GPU, el proceso de trazado de rayos de PantaRay ha demostrado ser hasta 25 veces más rápido que en las CPU. “Si los comparamos con el tiempo que llevaría manejar toda esta complejidad con los métodos tradicionales, seguramente nos acercamos a 100 veces más velocidad con el nuevo sistema”, afirma Sylwan.

Weta Digital planea incorporar PantaRay ejecutado en GPU NVIDIA Tesla para la producción del próximo film de Steven Spielberg/Peter Jackson, Tintín, y, en general, explorar nuevas formas de acelerar la producción de efectos visuales con PantaRay y las GPU.

Según Martin Hill, responsable de los procesos de sombreado en Weta Digital, “Dado que cada nuevo proyecto que emprendemos es más complejo, la cantidad de datos que necesitamos renderizar continúa multiplicándose. Y cuando más complejo es el renderizado, más difícil es iluminar la escena. PantaRay hace que las escenas complicadas sean tan fáciles de iluminar como las escenas simples”.

“Colaboraciones con profesionales como el equipo de I+D de Weta nos sitúan a la vanguardia más avanzada de la tecnología de producción”, señala Dominick Spina, responsable del área de tecnología de cine digital en NVIDIA, que concluye diciendo: “Trabajar con Weta en la producción de Avatar fue algo asombroso. Nada en el desarrollo de PantaRay era abstracto. Estaba 100% orientado a la producción. Seguiremos estableciendo colaboraciones de este tipo con empresas de efectos especiales y animación a fin de continuar aprovechando la experiencia de NVIDIA para resolver los problemas técnicos más complejos y, de esta forma, dar libertad a los artistas para explorar nuevos horizontes creativos”.



 
 
 
 
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