NVIDIA與Weta合作加速阿凡達(Avatar)的視覺特效

 
 
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挑戰:


阿凡達(Avatar),一部由詹姆斯卡麥隆(James Cameron)和二十世紀福斯影業公司(Twentieth Century Fox)打造的劃世代3D立體電影,於2009年12月18日舉行的週末首映票房突破7千7百萬美元,超越所有3D電影並締造了影史新紀錄,之後的全球票房營收並已累積至10億美元以上。此部電影在電腦生成(CG)的環境中創造鉅細靡遺的場景及眾多的虛擬角色卡司。

此部電影視覺特效的最大貢獻者為位於紐西蘭威靈頓的Weta數位工作室(Weta Digital),該工作室是NVIDIA®的長期客戶,其視覺特效(VFX)製作流程充分利用Quadro®專業繪圖解決方案和Tesla™高效能運算解決方案。

Weta的任務是在高度風格化的數位場景中創造由多達800個完全電腦生成(CG)的角色所演出的連續鏡頭。處理阿凡達鏡頭所需的運算能力已超出Weta過去所處理過的任何一個專案,所以他們尋求繪圖處理器的發明者--NVIDIA的協助。

阿凡達的複雜度讓我們開始思考不同的渲染方式,」Weta的研發部門負責人Sebastian Sylwan說明指出,「我們利用RenderMan進行最後的貼圖渲染,但是為了最佳化阿凡達龐大數據資料中重複的美工部分,我們將負荷極重的運算工作移至預行運算(pre-computional)程序。在這方面,我們需要解決的問題主要與高效能運算有關,而我們了解,利用繪圖處理器(GPU)的強大平行處理能力去解決問題,這正是NVIDIA的專長所在。」

在2009年3月,Weta的渲染研發負責人Luca Fascione、Weta技術長Paul Ryan和NVIDIA研發資深架構工程師Pantaleoni齊聚討論Weta所要解決的問題。「Paul讓我了解,自開始有電腦生成視覺特效以來,這次所需處理的多邊形數目將是首次必需以十億計算,而非只是以百萬為單位。」Pantaleoni表示,「Luca則說明他們處理光線的特別方法以及所要求的可擴充光線追蹤解決方案,以符合他們所創造的極端複雜的虛擬世界的需求。」

解決方案:


Weta和NVIDIA研發部門開始合作,Pantaleoni前往紐西蘭並停駐當地長達數月之久,以開發光線追蹤軟體解決方案,此方案必需能夠處理阿凡達複雜的連續鏡頭所用到的數十億個多邊形。

在共同合作之下,NVIDIA和Weta攜手開發完成被稱為PantaRay的全新預行運算引擎,能為Weta的VFX處理流程貢獻高效能的運算能力。PantaRay此一名稱源自希臘格言"panta rhei”,其字義為「萬物流動」。此一強大的光線追蹤系統的特別設計,是為了加速場景整合資訊的預行運算,這些資訊被用於Weta渲染流程中,如此才能針對基於影像的光線進行快速且動態的預行運算。

此一創新的方法讓Weta能以更少的時間渲染更複雜的場景,且使用更少的記憶體和處理器。這樣的成果讓美術人員擁有極為關鍵的能力,能以更快的速度處理重複的工作並創造更多的變化,最終並能打造出更高畫質、如照片般擬真的作品。藉由與NVIDIA的合力開發,Weta得以創造出過去受限於時間和成本而無法實現的電影場景。

http://www.nvidia.com/content/includes/images/redesign08/transparent.gif與NVIDIA研發部門的Pantaleoni所共同開發的解決方案讓Weta獲益良多,此美好經驗驅使他們進一步擁抱GPU運算的強大力量---利用NVIDIA技術執行龐大的平行運算。NVIDIA將Weta的PantaRay引擎植入基於CUDA的GPU驅動版本,其運作速度約快上25倍,並以採用NVDIA Tesla® S1070 GPU的伺服器取代採用CPU的伺服器。

影響:


阿凡達宣傳影片中的一幕正足以說明Weta是如何受益於PantaRay。此鏡頭是從直昇機上觀看數以百計的紫色外星生物群體飛過水面,背景則是被龐大森林覆蓋的群山,利用PantaRay進行預置運算,這樣的場景僅需一天半便能完成。「如果是採用以前的方法,這樣的鏡頭要花上一星期的時間,」Weta的Fascione表示,「PantaRay讓速度加快許多,這也就意謂我們能創造出更瑰麗絕倫的場景---觀眾能看見每一條樹枝、每一片葉子的細微之處,遠近距離的色彩分野將清晰無比,這一切不同正是拜PantaRay所賜。」

與在CPU上運作相較,PantaRay的光線追蹤程序在GPU上運作的速度已被證明可快上25倍之多。「如果考慮以傳統方法處理這種極為複雜的場景需耗時多久的時間,則我們的速度可能快上將近100倍。」Sylwan指出。

針對將由史蒂芬史匹柏和彼得傑克森合作的電影TintinWeta計劃將在NVIDIA Tesla GPU上運作的PantaRay整合至他們的製作流程中,並探索更新的方法,讓PantRay和GPU能進一步加速視覺特效的整體流程。

誠如Weta數位工作室著色部門主管Martin Hill所言,「由於我們所承接的每一項專案的複雜度不斷在增加,因此我們需要渲染的數量呈倍數成長…而渲染的複雜度越高,場景的光線調度就越困難。PantaRay讓複雜場景的光線調度就如簡單場景一般容易。」

「和Weta研發團隊的合作,將我們推向最尖端的製作技術,」NVIDIA的數位電影技術經理Dominick Spina表示,「和Weta就阿凡達此部電影進行合作是一次非常美好的經驗,在PantaRay的開發過程中,一切作為都有其目的,百分之百為製作導向。」Spina進一步說明,「就像此次一般,我們將廣泛地與頂尖的視覺特效和動畫公司合作,利用NVIDIA的專業解決最複雜的製作技術問題,讓藝術人員能享有更多的發揮空間,進而創造出更高水準的作品。」