GTC 2014:皮克斯展示以GPU加速技术为基础的实时动画、光影渲染系统

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近日,皮克斯动画工作室受邀出席在加州圣何塞(San Jose)举行的2014年年度 NVIDIA GPU 技术大会(以下简称:GTC) ,近1个小时的主题演讲向在场观众讲解了 GPU 如何在电影工业中带来加速变化。身为动画电影公司 — 皮克斯是怎样与 GPU 产生关联的呢?制作一部动画电影如同真人电影一样,也有分镜、角色与场景设定等复杂的前期准备工作。然而,两者最大的不同在于角色、光影场景的构造:真人电影的人物可以挑选符合形象的演员;而动画电影的角色则需要动画师一帧一帧地做出角色的表情、动作,赋予其生命感。同样,也需要更复杂的光影,让其与周遭环境互动营造出如假似真的世界。

从2001年开始,皮克斯就与 NVIDIA 公司合作,至今所推出的动画长篇、短篇都是由导入的 NVIDIA GPU 加速伺服系统完成。此次,皮克斯在合作伙伴的展会上展示了以 GPU 加速技术为基础的新一代实时动画、光影渲染系统 — Presto Animation System(以下简称 Presto),其一大优点是拥有基于 OpenGL 开发的细分曲面技术,可以在实时运算速度下细分十几层,让角色动作、光影微调变成实时性。

基于 CPU 与 GPU 的配合,以往动画制作过程中微幅调整角色表情、动作、调整光源位置,都需要消耗很长的重新渲染时间。然而当GPU演算技术导入后,不仅节省了时间、资源,更让角色的动态、材质、光影更为细腻、精致、充满艺术韵味又不失真实感,丰富了 3D 影像。

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实时动画、光影渲染系统

工程总监 Dirk Van Gelder 以《怪兽大学》中的毛怪苏利文做了动画调整的实时渲染示范,展示了他在讲堂里俯身于另一名同学的椅子上,以便抓住同学给自己用来剔牙的一支铅笔。看过电影的都知道这个毛茸茸的角色全身拥有极其细腻的毛发,他说:“为了避免一些奇怪的样貌出现,我们完善角色通常从毛皮开始,先做“裸”角色,然后添加毛皮,最后改变身体尺寸。运用 Presto 能做出我们想要的一切,我们可以将苏利文身体的每个部位进行实时化。光指尖和眉毛就有超过1500个控制点,能在适当角度内调出完美的弧度。同样,基于 GPU 上的 OpenGL 多通道,用多达300万个控制点来模拟540万根毛发。”

NVIDIA 于去年7月23号发布 Quadro K6000 GPU ,拥有12GB的 RAM 与2880个流式多处理器,384位宽的 GDDR5 显存的时钟频率为1500兆赫,并拥有每秒288GB的数据传输率。它被称为是视觉计算行业的全新旗舰级技术,也是史上最快、性能最强的GPU。而皮克斯的 Presto 就是运行在 Quadro K6000 伺服系统中,但实际运行时只用到了800兆赫,所以更省资源。“以前每帧渲染时,不得不让我们等待五到十秒。现在在 Presto 制作平台下,不仅实现了实时,而且还是在两个独立窗口中。” Dirk Van Gelder 继续谈道。

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实时光线追踪技术

接下来,由技术指导 Jean-Daniel Nahmias 通过对比一系列令人印象深刻的场景图片来展示有与没有最终照明的区别。他说:“最终照明,就像白天与黑夜的差别。角色做出动作、被光照射等,都会呈现出复杂的互动,需要光线追踪能反射出材质、模凝效果以及阴影。虽然以往的作品中用了成百个光源实现光影效果,但结果总是令我们不满意。今天,我们用与 Katana 结合的物理性光线追踪来准确地计算出光源的真实性,不受直接照明的干扰,做到角色动画、光影预览的实时绘制。在更短的时间内把角色、场景调整到预期的画面中,让毛怪慵懒的庞大巨兽形象塑造的更写实,或者透过光影的照射加强让《玩具总动员3》中牛仔伍迪在废品回收站里表露出沧桑感,使人物变得更栩栩如生。”

最后,Nahmias 还提到团队正在使用交互式光线追踪预览工具 — 基于NVIDIA OptiX(可编程光线追踪架构)引擎所开发、运行在内置CUDA的GPUs上,可用于照亮预定义物体、角色的合成场景。结果是实时后,画面没有最终成品的高解析度。但仍然可以让员工在非常耗时的最终渲染前,提前可视化地看角色、场景是否需要改动,节省时间、资源。

欣赏演讲全过程:



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