GTC 2010: GPUs in Film und Fernsehen - Spezialeffekte made in Hollywood
Das englische Special-Effects-Studio The Foundry gewann für seine Software zwei Oscars und arbeitete an acht der zehn umsatzstärksten Filme aller Zeiten mit. Firmengründer und Chief Technical Officer Bruno Nicoletti referierte in einem leider etwas demonstrationsarmen Vortrag über den Einsatz von CPUs und GPUs. Dazu haben wir Infos zu ILM und deren Nutzung von Quadro-Grafikkarten in Filmen.
Vor 14 Jahren gründete Bruno Nicoletti das Special-Effects-Studio The Foundry, um sich auf die Bildbearbeitung von Spezialeffekten und die Entwicklung von Spezialeffekt-Software zu konzentrieren. "Dabei handelt es sich nicht nur um riesige Killerroboter und Action-Szenen", erklärt Nicoletti. "Oft verstärkt ein Spezialeffekt die Stimmung einer Szene oder behebt einen Kamerafehler." Der Arbeitsfluß für einen Kinofilm ist relativ geradlinig: Nach dem Verfassen des Skripts beginnt die Pre-Produktions-Phase, in der erste Effekt-Visualisierungen entstehen. Während der Drehphase finden ebenfalls Visualisierungen statt, damit Schauspieler und Regisseur wissen, welchem digitalen Charakter sie beispielsweise bei einem Dreh vor einem Greenscreen gegenüberstehen.
In der Post-Production-Phase finden schließlich die Effekt-Feinarbeiten, das Editieren des Films und notwendige Farbkorrekturen statt. In jeder Phase arbeiten viele Programmierer und Designer Hand in Hand, damit alles wie aus einem Guss wirkt. Allerdings stehen Bruno Nicoletti und sein Team vor dem Problem, dass die Kunden seiner Firma nicht alle die gleichen Rechner-Konfigurationen besitzen: "Manche setzen auf schnelle CPUs und GPUs, andere ausschließlich auf CPUs, wieder andere benutzen einen Laptop mit lachhaften CPUs und GPUs - aber alle erwarten, dass unsere Tools überall die gleiche Bildqualität erreichen."
Mehr Rechen-Power = komplexere Effekte
Zwar, so Bruno Nicoletti, beschleunigen GPUs einige der Effektberechnungen beziehungsweise erlauben sogar ihre Darstellung in Echtzeit, doch oft ist es so, dass die Grafiker die größeren Rechenreserven mit noch aufwändigeren Bildern füttern. "Am Ende des Tages scheinen die Render-Zeiten immer gleich zu bleiben, egal, wie viele FLOPs wir dazu gewinnen", gibt Nicoletti zu. Sprichts und startet eine kurze Demonstration aus "Avatar", die wir natürlich weder filmen noch fotografieren dürfen. Darin sehen wir, wie eine der Effekt-"Kameras" nicht synchron mit dem Rest des Bildes harmoniert und dass eine Bewegungsunschärfe noch etwas Feintuning benötigt. "Ein einziger Nav'i verschlingt 300 GByte an Texturen", verrät uns Bruno Nicoletti stolz - das werden wir so schnell nicht in Originalqualität auf dem PC zu sehen bekommen.
Effekt-Quartett
Die vier Tools, die The Foundry nutzt beziehungsweise an andere Effekthäuser verkauft, sind die Compositing-Lösung Nuke sowie drei After-Effects-Plug-ins namens Furnace, Ocula und CameraTracker. Furnace schätzt die Bewegungen von Objekten für den Zusammenbau einer Szene, Ocula hilft bei der 3D-Bildverarbeitung und CameraTracker untersucht eine Filmszene auf die verwendete Kamera und deren Bewegung und hilft ebenfalls beim Zusammenbau des Gesamtbildes. Das kann schon mal dauern: "Der letzte Matrix-Kinofilm hat pro Einzelbild 30 Stunden Rechenzeit gebraucht", erklärt Bruno Nicoletti. "Das Rendering von Avatar lief auf 40,000 Kernen - dafür brauchten die Effekthäuser jede Menge Kühlung und jede Menge Strom."
Nur noch GPU-Tools?
Quelle: Zade Rosenthal, Copyright: Paramount Pictures Corporation. All Rights Reserved.
Die Legende von Aang: GPU-berechnete Effekte bei ILM (4) - Foto Credit: Zade Rosenthal, Copyright: Paramount Pictures Corporation. All Rights Reserved.
Bei Industrial Light & Magic, dem Special-Effect-Studio von George Lucas, schreiben die dortigen Programmierer eigene Routinen für die hauseigene GPU-Renderfarm. Was dabei rauskommt, konnte man zuletzt in "Die Legende von Aang" sehen. Die Akteure nutzten die Kraft der vier Elemente – Feuer, Luft, Wasser und Erde – und verwendeten sie als Waffen im Kampf. Gigantische Feuerkugeln, Erdwälle, Wassersäulen oder Sturmböen sind nur einige der digitalen Simulationen, die von ILM gestaltet wurden. Für die Entwicklung dieser Sequenzen hat ILM vor allem sein Tool Plume genutzt, das zum einen Strömungssimulationen ermöglicht und zum anderen als GPU-basierter Renderer dient – unter Verwendung von NVIDIAs CUDA-Architektur. Dabei hat ILM Plume in einer GPU-basierten Rechnerumgebung mit NVIDIA Quadro FX 5800 eingesetzt. Zu den weiteren von ILM bei der Realisierung von "Die Legende von Aang" eingesetzten Tools gehörten die Mental-Ray-Software von NVIDIAs Tochtergesellschaft mental images, Pixars Renderman für das Rendern, Autodesk Maya für Animationen, The Foundrys Nuke für das Compositing sowie die proprietären Tools Zeno und Saber für Computergrafiken und -effekte.
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The Foundry geht mit der Unterstützung von GPU-Systemen einen anderen Weg. "Weil viele unserer Kunden noch CPU-gestützte Renderfarmen oder ältere beziehungsweise langsamere GPUs besitzen, wollen und können wir unsere Tools nicht von heute auf morgen auf den GPU-Einsatz umstellen", sagt Bruno Nicoletti. "Außerdem besitzen auch CPUs wertvolle FLOPs, die wir nach Möglichkeit einsetzen wollen." Da die Wartung und das Update von acht Tools, je vier für CPUs und je vier für GPUs deutlich zu viel Manpower verschlingen würde, beschloss The Foundry, ein komplett neues System namens Blink (interner Codename: RIP) zu entwickeln, das sowohl CPUs als auch GPUs unterstützt.
Eine Demonstration zeigt, dass die Programmierer dabei auf dem richtigen Weg sind: Ein Video eines Mädchens, das sich auf eine still stehende Kamera zu bewegt, wird in ein Video umgewandelt, in dem die Kamera wild in alle Richtungen schwankt. Ein Xeon Quad-Core (E5504), allerdings noch ohne SSE-Ausnutzung, bringt diesen Effekt mit fünf Frames pro Sekunde auf die Leinwand, ein Quadro-5000-System schafft erstaunliche 200 Frames pro Sekunde. Sobald dieser Effekt aber nicht mehr für sich allein, sondern als Plug-in für After Effects ausgeführt wird, sinkt die Zahl auf 15 Frames pro Sekunde - schlicht und ergreifend, weil dann deutlich mehr Dateizugriffe ausgeführt werden müssen. Es bleibt spannend, ob und wie schnell es Bruno Nicoletti und seinem Team gelingt, die unterschiedlichen Geschwister CPU und GPU optimal in das Blink-/RIP-System zu integrieren.
Leider... Nicht falsch verstehen aber von AMD ist leider in dieser Hinsicht nix oder nur halbherzig was zu erwarten. 3DMax hat nun eine Engine mit CUDA spendiert bekommen. Cinema4D wird auch wohl nicht mehr lange auf sich warten lassen. Aber AMD verpennt diesen Zug immer mehr. Dabei ist doch nun endlich DX11 auf dem Markt und könnte sehr gut für solche Möglichkeiten genutzt werden. Die DX11 API ist doch extra so konzipiert worden, um nicht nur Spiele zu beschleunigen. Aber sie wird nur halbherzig genutzt. Es kann mir keiner erzählen, das kein Markt dafür bestehe. Bei den Zahlen an verkauften DX11-fähigen Grafikkarten. 
Auch OpenGL wäre eine sehr gute Wahl, da hier noch mehr User angesprochen werden könnten. Hier ist der Vorteil das diese Schnittstelle Plattform übergreifend ist. Also Hardwäre und OS unabhängig. Nur kommt da nix richtig ins rollen. Und wenn, dann zu Preisen die jenseits von gut und böse sind.
Leider scheint NVidia das Rennen zur zeit zu gewinnen und AMD ist mit daran schuld. Intel ist in dieser Hinsicht auch nur am reden, aber machen/tuten sie auch nicht viel. Abgesehen davon, das sie immer wieder mal ihren Super-Raytracing-Chip raus kramen, ihn unfertig in die Kamera halten und behaupten das jetzt wieder mit Volldampf daran weiter gearbeitet wird. Was dann kein 12 Stunden später dementiert wird und das Ding einmal mehr in der Versenkung verschwindet.
Also liebe Softwarehersteller raus reden gibt es nicht! Sind genügend Möglichkeiten am Markt, die auch ohne NVidias CUDA funktionieren würden. Und mit der Masse wären auch anständige Preise drin.