NVIDIA Quadro 個案研究:光魔特效 (ILM)和《降世神通:最後的氣宗(The Last Airbender)》

 
 
工業光魔(Industrial Light and Magic)和NVIDIA Quadro。
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影像提供:派拉蒙影業

光魔特效 (Industrial Light & Magic, ILM)隸屬於盧卡斯影業旗下,針對娛樂產業提供數位服務。自1975年起,ILM開始提供出神入化的後製視覺特效服務。ILM堪稱藝術的各種空前技術,包括模型建構、霧化(matte painting)、電腦生成影像、數位動畫,以及視覺特效製作所需的各種相關程序等,皆已應用在各種電影、廣告、預告片、音樂錄影帶及特殊場合專案等。數位影像製作所需的軟體已開發完成並與整個業界分享,目前已有數家公司及軟體業者採用。ILM會定期請教一些重量級的影片製作人以驗證概念實驗,ILM並已十五次獲得由美國美國電影藝術與科學學院(亦即「奧斯卡學院」)頒發的奧斯卡「最佳視覺特效」獎,以及第二十三屆「技術成就獎」。

ILM最近的專案是為派拉蒙影業的《降世神通:最後的氣宗(The Last Airbender)》創作485個視覺特效鏡頭,此部由奈沙馬蘭(M. Night Shyamalan)執導的最新力作將於2010年7月於戲院上映。在此電影劇情中,劇中角色擁有可以駕馭火、氣、水和土的能力,並能在戰鬥中操控這些元素做為武器。巨火球、土之牆、水之蔓及強大的氣爆便是ILM的數位模擬之作。

火焰和流體模擬,例如流水的製作,一般而言是非常複雜的,需要訓練有素的視覺特效技術專家,或是熟悉演算法及流體解算器運作所有細節的總監人員才能勝任。再者,傳統基於CPU的渲染架構會讓視覺特效迭代過程非常耗時,在影片製作時間受限的現實環境中,創造力將無法得到完全的發揮。

ILM的視覺特效專家希望能以更輕鬆及更省時的方式為《降世神通:最後的氣宗(The Last Airbender)》靈活創作視覺特效,如此便能擁有更多的迭代選擇,並按照既定的製作時間將成果交給影片導演。

為求達到預期更快速的工作流程及各種鏡頭的迭代,ILM為《降世神通:最後的氣宗(The Last Airbender)》創造了一種名稱為Plume的專利工具。Plume是一種流體模擬系統,同時也是一種基於GPU的渲染器,採用NVIDIA CUDA™平行運算架構打造而成。藉由Plume, ILM能在由12台基於GPU、採用NVIDIA Quadro FX 5800繪圖卡的機器所組成的渲染器叢集上運作模擬渲染器,進而大幅提昇處理的速度。

ILM基於CUDA的Plume軟體能讓其模擬效果成為在NVIDIA Quadro GPU上所渲染出的最終圖框。雖然Plume當初的設計僅是針對流體模擬的渲染,但是它的靈活彈性已被證明可用於電腦生成(CG)氣體扭曲動力學、海洋霧氣、煙霧及控制雲朵彎曲移動等。在《降世神通:最後的氣宗(The Last Airbender)》中頗具挑戰性的一幕,是電影主角安昂Aang(由男演員Noah Ringer所飾)利用強大的氣流推開火焰和沙粒,擊退猛烈的火流。這個鏡頭展現了兩種Plume模擬效果,針對氣流和火流的方向及彼此互動有著非常仔細的設計。

ILM選擇利用NVIDIA CUDA而非Open GL撰寫GPU加速流體解答器,這是因為前者可以簡化開發流程。「利用CUDA撰寫程式非常輕鬆。開發Plume需要建置一個虛擬機器以運作特定的算是。這並非小事,而在CUDA上撰寫程式讓我們能夠更快速及彈性地工作,比起在Open GL上撰寫,我們可以少寫許多行程式,」ILM研發工程師Olivier Maury如此表示。

ILM針對《降世神通:最後的氣宗(The Last Airbender) 》所採用的工具集包括用於渲染的Mental Ray和皮克斯(Pixar)的Renderman、用於動畫的Autodesk Maya、用於合成的Foundry'的Nuke,以及針對電腦生成(CG)和特效創作的專利工具Zeno和Saber。

在《降世神通:最後的氣宗(The Last Airbender) 》此部電影中,ILM不只達到預期目標,亦即更快速及更輕鬆地創作更複雜的視覺效果,他們同時也挖掘出未來的機會,可將NVIDIA CUDA和Quadro專業級GPU的強大力量運用在他們的製作流程中。

「Plume針對NVIDIA GPU進行加速,它的互動性極高,因此使用此工具的藝術人員毋需具備深厚的技術知識,僅需擁有一雙藝術家的眼睛即可。你不需要去了解底層的演算法,或是流體解算器如何推動細部模擬的細節,」ILM視覺特效副總監Craig Hammack表示。

「就如所有的高階視覺特效一樣,迭代是非常關鍵的一部份,」Maury補充說道,「對藝術人員而言,掌握其場景鏡頭如何運作是非常重要的,且和導演溝通其對鏡頭的解讀也是頗具價值的。在基於NVIDIA GPU的架構中運作,我們一天最多可以執行包括複雜的火焰、塵土和氣體模擬在內共八次的迭代。這是非常顯著的進步,較基於CPU的模擬快上10-15倍。過去一天只能進行一次迭代,所以需徹夜進行迭代。」

Hammack進一步說道,「在電腦生成(CG)中,逼真的火焰是最具挑戰性的元素。對我而言,基於GPU的流體解算器是用於《降世神通:最後的氣宗(The Last Airbender) 》的製作流程中最大的技術進展。 僅是創造如此大量的照片般逼真電腦生成火焰就足以讓人退避三舍,更遑論還要控制火焰使其成為劇中角色的武器。在這方面,Plume是極為巨大的進展,讓藝術人員得以快速進行迭代,並得以從更多的藝術角度,而非技術層面來思考鏡頭場景設計。」

「使用CUDA和NVIDIA GPU,徹底改變了我們克服複雜的視覺特效挑戰的方法。我們可以預期未來能利用CUDA進行更多的開發,發揮GPU核心可節省時間的優勢。」Maury總結說道。

ILM計劃在未來的專案流程中加入更多基於NVIDIA CUDA的工具,並繼續探索在視覺特效工作流程中實現Quadro GPU加速渲染的方式。