Online-Abo
  • Login
  • Registrieren
Games World
  • Filmreifer GPU-Einsatz: So produziert Pixar seine Kinohits - Echtzeit-Raytracing mit Flauschmonster Sully

    Auch Animationsfilmstudios setzen schon seit Jahren auf GPU-Rechenpower. Auf der GPU Technology Conference 2014 gaben uns einige Pixar-Mitarbeiter einen Einblick in die Entstehung von Die Monster Uni.

    Kaum ein Filmstudio ist so erfolgreich wie Pixar - egal, ob es um herkömmliche oder Zeichentrickfilme geht. Jeder der 14 Pixar-Filme landete mühelos auf dem ersten Platz der US-Kinohitparade. Die meisten konnten sich auch über weltweiten Erfolg freuen, der Pixar über sieben Milliarden US-Dollar einbrachte. Dabei liefen die ersten Firmenjahre mehr schlecht als recht. Fünf Jahre lang stellte der LucasFilm-Spinoff High-End-Grafik-Workstations her, doch verkaufte man schließlich die Rechte dafür an eine anderer Firma. Nach einem Zusammenarbeitsabkommen mit Disney begannen Anfang der 1990er die Arbeiten an Toy Story. Pixars Erstlingswerk erschien am 22. November 1995 - und seitdem ist das Studio aus der San Francisco Bay Area aus der modernen Kinowelt nicht mehr wegzudenken. Auf der GPU Technology Conference 2014 gaben uns Engineering Lead Dirk Van Gelder und seine zwei Kollegen Danny Nahmias (Software Developer) und Alfonso Caparrini (Lighting Technical Director) einen Blick hinter die Kulissen des Studios - eine Vorführung des bei Pixar entwickelten Animations-Tools Presto inklusive.

    200.000 Bilder sagen mehr als 200 Millionen Worte

    Die ersten vier Filme (Toy Story, A Bug's Life, Toy Story 2 sowie Monsters, Inc.) entstanden noch auf Silicon-Graphics-Workstations, erinnert sich Dirk Van Gelder. Doch seit 2001 berechnet Pixar seine Kinofilme auf Nvidia-GPUs. Bevor es aber dazu kommt, wird der Ablauf jedes Films in skizzenhaften Storyboards festgelegt. Mehr als 200.000 solcher Zeichnungen fertigten die Grafiker allein für Monsters University an. Jedes Detail zählt: Sitzt etwa der Kopf von Flauschmonster James "Sulley" Sullivan zu hoch auf dem Körper, sieht Sulley weniger wie ein grimmiges Monster aus, sondern erinnert an einen Schauspieler im Monsterkostüm. Bewegungen der Pixar-Charaktere schauen sich die Grafiker und Animatoren oft von den eigenen Kollegen ab. So vererbte ein Mitarbeiter Sulley sein Kopfwackeln, ein anderer eine Armbewegung, bei der er mit beiden Zeigefingern in Richtung Gesprächspartner zeigt. Sind die Storyboards fertig, beginnt die Layout-Abteilung damit, die Szenen des Films zu bauen und die perfekten Kameraperspektiven zu wählen. Erst dann werden die virtuellen Schauspieler ans Set gerufen.

    00:40
    Video zu Flauschmonster Sulley: 900.000 Haare wollen animiert werden

    Ein Monster - eine haarige Angelegenheit

    Stimmen Aussehen und Animationen eines Charakters wie Sulley, machen sich die Animatoren daran, seine Bewegungsabläufe zu produzieren. Sie können ihn in Presto aus beliebigen Kameraperspektiven anschauen und in Echtzeit an seinen mehr als 1.500 Animationskontrollpunkten herumspielen. Vom Zeh bis zur Augenbraue lässt sich so ziemlich jedes Körperteil verändern. Fertige Gesichtsausdrücke, etwa ein Grübeln, Grinsen oder Grollen, können die Grafiker abspeichern, um sie in eine spätere Szene zu laden. Eine besondere Herausforderung war im ersten Monsters-Film die Darstellung des Fells, das inzwischen eine Routineübung zu sein scheint. Allein Sulley besitzt 900.000 Haare, die mit ihren rund drei Millionen Kontrollscheitelpunkten in OpenGL auf Quadro-K6000-Systemen mit je 12 GByte RAM und 2.880 CUDA-Kernen berechnet werden. "Wir animieren unsere Charaktere von Anfang an mit ihrem Fell", sagt Dirk Van Gelder. "Würden wir die Animationen eines felllosen Monsters perfektionieren, sähe es auf einmal ganz ungelenk aus, wenn das Fell dazukommt und seine Körperproportionen verändert." Tickt das RAM der Renderserver noch mit 1.500 MHz, begnügt sich der Server selbst mit gerade mal 800 MHz. Doch das reicht: "Früher mussten wir bis zu zehn Sekunden pro Einzelbild warten, heute läuft Presto in Echtzeit - in zwei Ansichten gleichzeitig."

    Mehr Licht!

    Dirk Van Gelder räumt jetzt die Bühne für Danny Nahmias und Alfonso Caparrini. Die beiden führen uns vor, welchen Einfluss die geschickte Beleuchtung auf eine Szene hat. Flach wirkende und scheinbar farbarme Charaktere springen uns richtig ausgeleuchtet förmlich entgegen. Dabei werden alle Lichtquellen physikalisch korrekt berechnet. Das war nicht immer der Fall: "Früher haben wir bei der Beleuchtung geschummelt", sagt Nahmias. "Wir haben hunderte von Lichtquellen so platziert, dass wir am Ende den gewünschten Effekt erzielt haben - und das war physikalisch nicht immer ganz korrekt." Ein Schwenk über den Campus der Monster-Universität mit wechselnden Lichtverhältnissen zeigt, wie Presto heute arbeitet: Alle Szenen werden mit einer physikbasierten Lighting-Engine berechnet. Selbst nächtliche Schattenwürfe von Bäumen und Laternen sind kein Problem. Farbige Lichtquellen, Objekte mit individuellen Oberflächeneigenschaften, indirekte Beleuchtung - alles unproblematisch.

    08:20
    Pixars Animationssoftware Presto: Raytracing-Vorschau in Echtzeit

    Szenenbau ohne Renderpause

    Einige Programmierer und Grafiker arbeiten bei Pixar mit Hilfe von interaktivem Raytracing an der Prävisualisierung. Damit lassen sich Szenen wie eine Puppenstube zusammensetzen: hier ein Tisch, da ein Teppich, dort ein Fenster und dann noch ein paar Lichtquellen dazu - fertig ist die virtuelle Bühne. Im Vorabmodus besitzen alle Objekte zwar weniger Details, entsprechen ansonsten aber den hochaufgelösten Modellen, die später im Film zu sehen sind. Der Vorteil dieser Methode: Die Grafiker können eine Szene augenblicklich verändern, ohne erst eine Renderpause einlegen und sich dann ärgern zu müssen, dass sie eine Lampe doch in eine andere Richtung hätten scheinen lassen sollen. Mehrere hundert Millionen Lichtstrahlen berechnet eine Workstation mit zwei Grafikkarten vom Typ GeForce GTX Titan, die mit zunehmender Simulationsdauer immer besser "gelöst" werden. Ist das Bild nach einer Drehung noch etwas verrauscht, wird es immer schärfer und detaillierter, je mehr Lichtstrahlverläufe Presto berechnet. Das können Sie auch prächtig in unserem zweiten Video sehen.

    Mein Name ist Sullivan. James Sullivan.

    Zum Schluss der Vorführung erwartet uns eine Weltpremiere: Mit einem Mausklickt ruft Alfonso Caparrini Sulley herbei. "Ein Monster wie Sulley mit seinen 900.000 Haaren vergrößert den Rechenaufwand exponentiell. Trafen die Lichtstrahlen vorhin noch auf mehrere Zehntausend Objekte, müssen wir jetzt ihren Verlauf entlang mehrerer Millionen Objekte berechnen", sagt Danny Nahmias. Doch die Programmierer haben ihre Hausaufgaben beziehungsweise Überstunden gemacht: Noch immer kann Alfonso Caparrini die Szene beliebig verändern. Sulley inklusive, dessen Fell das fahle Licht einer Fernseherbildröhre zurückwirft. "Was früher Stunden dauerte, läuft heute in Echtzeit", freut sich Danny Nahmias.

    05:45
    Pixar auf der GTC 2014: Sulley mit Echtzeit-Raytracing
  • Stellenmarkt

    Es gibt 11 Kommentare zum Artikel
    Von tr3c00l
    Jein. Du musst dir vorstellen, dass die unglaublich große Renderfarmen haben. Und ich denke, dass die 29 Stunden ein…
    Von Blackvoodoo
    Das ist leider das Problem. Auch High End PCs sind dafür immer noch zu langsam. Trotzdem, geil wäre so eine Grafik in…
    Von Novoline
    @TheMF6265Dacht ich mir auch, irgendwas kann nicht stimmen. Und beim Warg sind die Rechenzeiten noch höher.
    Von jamie
    Fehlt nur noch die Serverfarm für zu hause.
    Von TheMF6265
    Wenn 1 Frame 29 Stunden rendert, wie lange dauert dann die Produktion des Films? o.ODas wären ja grob überschlagen…
      • Von tr3c00l Komplett-PC-Aufrüster(in)
        Zitat von TheMF6265
        Wenn 1 Frame 29 Stunden rendert, wie lange dauert dann die Produktion des Films? o.O
        Das wären ja grob überschlagen knapp 500 Jahre allein fürs Rendern
        Die 29 Stunden treffen nur zu, wenn auch wirklich viel Fell usw. in der Szene sind oder?
        Ist vielleicht ne doofe Frage, ist mir nur grad so durch den Kopf gegangen
        Jein. Du musst dir vorstellen, dass die unglaublich große Renderfarmen haben. Und ich denke, dass die 29 Stunden ein DURCHSCHNITTSWERT sind. Es gibt Frames mit Fur die schneller rendern, oder aber auch frames die wesentlich länger rendern (closeups z.B.) - so interpretiere ich das zumindest. Alleine mein kleines Semesterprojekt (Animation von 2:30 min) hat teilweise Renderzeiten von 30-90 Minuten auf nem i7 4771 gehabt. Aber um deine Frage zu beantworten: JA, es braucht 500 Jahre reine Rechenzeit um das zu berechnen. Man brauch nur entsprechend viele PCs/Server/Rendernodes

        Zitat von Novoline
        @TheMF6265
        Dacht ich mir auch, irgendwas kann nicht stimmen. Und beim Warg sind die Rechenzeiten noch höher.

        Siehe oben Weta hat bei den Wargen ziemlich krassen scheiß gemacht...bzw. Weta macht bei jedem Ding das sie machen, ziemlich krassen scheiß. Man bedenke nur einmal: King King, Planet of the Apes 1 und jetzt auch noch der 2. Alles mit extrem viel Fur und kram. ;D
      • Von Blackvoodoo BIOS-Overclocker(in)
        Zitat von jamie
        Fehlt nur noch die Serverfarm für zu hause.
        Das ist leider das Problem. Auch High End PCs sind dafür immer noch zu langsam. Trotzdem, geil wäre so eine Grafik in Spielen schon.
        Vor allem in den Filmen flimmert normalerweise nichts, es gibt keine Treppeneffekte, keine Pop ups usw.
      • Von Novoline Komplett-PC-Käufer(in)
        @TheMF6265
        Dacht ich mir auch, irgendwas kann nicht stimmen. Und beim Warg sind die Rechenzeiten noch höher.
      • Von jamie BIOS-Overclocker(in)
        Zitat von Blackvoodoo
        So sollten endlich mal Spiele aussehen. DAS wäre Next Gen.

        Fehlt nur noch die Serverfarm für zu hause.
      • Von TheMF6265 PC-Selbstbauer(in)
        Zitat von tr3c00l
        Es sind auch noch heute immense Renderfarmen zum rendern nötig. Am neuen Monster Film hat ein Frame ca. 29 Stunden auf der Pixar Renderfarm gerendert.
        Wenn 1 Frame 29 Stunden rendert, wie lange dauert dann die Produktion des Films? o.O
        Das wären ja grob überschlagen knapp 500 Jahre allein fürs Rendern
        Die 29 Stunden treffen nur zu, wenn auch wirklich viel Fell usw. in der Szene sind oder?
        Ist vielleicht ne doofe Frage, ist mir nur grad so durch den Kopf gegangen
  • Print / Abo
    Apps
    PC Games Hardware 01/2017 PC Games 12/2016 PC Games MMore 01/2016 play³ 01/2017 Games Aktuell 12/2016 buffed 12/2016 XBG Games 11/2016
    PCGH Magazin 01/2017 PC Games 12/2016 PC Games MMORE Computec Kiosk On the Run! Birdies Run
article
1115582
Kino
Filmreifer GPU-Einsatz: So produziert Pixar seine Kinohits - Echtzeit-Raytracing mit Flauschmonster Sully
Auch Animationsfilmstudios setzen schon seit Jahren auf GPU-Rechenpower. Auf der GPU Technology Conference 2014 gaben uns einige Pixar-Mitarbeiter einen Einblick in die Entstehung von Die Monster Uni.
http://www.pcgameshardware.de/Kino-Thema-130800/Specials/Filmreifer-GPU-Einsatz-So-produziert-Pixar-seine-Kinohits-1115582/
31.03.2014
http://www.pcgameshardware.de/screenshots/medium/2014/03/GTC_Keynote_Pixar_028-pcgh_b2teaser_169.JPG
specials