Nexus Digital Studios, Motion Analysis Studios et les cartes graphiques NVIDIA Quadro FX

Pour le documentaire Xtreme Martial Arts de Discovery Channel, des pros de la numérisation corporelle et des effets spéciaux de capture de mouvement ont utilisé des cartes graphiques NVIDIA Quadro FX 3000 pour créer des être humains numérisés tridimensionnels aux squelettes biomécaniquement parfaits.

Les univers générés sur ordinateur (CG, computer-generated) et les effets spéciaux sont-ils réellement générés par les ordinateurs ? Pas complètement. Les réalisateurs cinématographiques et les créateurs de jeux se sont toujours basés sur l’élément humain, en faisant appel aux services d’artistes afin de créer des expériences convaincantes. Les artistes numériques d’aujourd’hui ont besoin de technologies de numérisation laser et de capture de mouvement de pointe pour rendre vivants personnages, animaux, accessoires et objets dans les mondes numérisés tridimensionnels. Même topo dans l’arène industrielle où les ingénieurs recherchent des façons à la fois plus précises et plus efficaces d’animer des objets du monde réel dans des environnements numérisés.

Nexus Digital Studios et Motion Analysis Studios (MAS) figurent parmi les premiers studios fournissant des services de numérisation et de capture de mouvement aux maisons cinématographiques. Ces deux sociétés utilisent uniquement des solutions graphiques professionnelles NVIDIA Quadro® FX, qui offrent une puissance suffisante pour capturer des détails photo-réalistes, gages de résultats d’une qualité cinématographique.

La technologie CG de Nexus et MAS boostée par NVIDIA a joué un rôle capital dans diverses émissions de télévision haut de gamme telles que le documentaire Xtreme Martial Arts (XMA) de la chaîne Discovery Channel. Cette technologie a également revêtu un rôle de premier rang dans la création de longs métrages tels que Matrix, Le seigneur des anneaux, L’homme araignée et X-Men. Les dessinateurs de jeux vidéo ont également employé cette technologie pour obtenir les effets étonnants de jeux comme NHL Hockey (ESPN) et NCAA Basketball (Sega).


Profil d’un projet : Discovery Channel
Pour le documentaire XMA de Discovery Channel, il a été demandé aux studios de créer des modèles en 3D d’adeptes des arts martiaux dans tout un éventail de séquences de combat. Impossible à voir et analyser à l’œil nu, les segments CG ralentissent les mouvements complexes et permettent de décortiquer les mouvements corporels et les forces qui en sont à l’origine.

Les producteurs de XMA, BASE Productions, Inc. avaient déjà planché sur des projets de haut niveau présentant des éléments similaires – des longs métrages, des documentaires télédiffusés, des productions pour le sport professionnel - mais jamais sur un unique projet combinant tous ces éléments d’une façon aussi sophistiquée. L’objectif était double : offrir une imagerie visuelle étonnante et inédite du corps humain en mouvement et le faire d’une façon biomécaniquement exacte, en générant des données susceptibles d’être analysés par les chercheurs comme par les commentateurs. Pour atteindre ces deux objectifs, il fallait d’une part que les studios épaulent le directeur de XMA John Brenkus et, de l’autre, la puissance des cartes graphiques NVIDIA Quadro FX.

Dans cette séquence de XMA, le pied de l’un des personnages rentre dans le torse de l’autre, comme un coup de pied réel toucherait le torse d’un maître réel.

Chacun des spécialistes en arts martiaux qui ont participé à l'émission XMA a pris place dans le numériseur laser de Nexus Digital Studios pour que son corps soit numérisé tridimensionnellement. Bien que les données obtenues comportent des centaines de milliers de polygones, le NVIDIA Quadro FX 3000 a créé une image tridimensionnelle en temps réel de chaque pratiquant. Des squelettes animés d’une précision extrême sur le plan biomécanique ont ensuite été adaptés en taille pour correspondre au corps des artistes. Lors des combats, Motional Analysis Studios (MAS) a utilisé des caméras de numérisation pour capturer la subtilité et la précision des mouvements acrobatiques et souvent mortels des athlètes et de leurs armes : poignards, couteaux, une flèche à corde et même une arme hérissée de pointes. MAS a utilisé ces données comportementales et la solution NVIDIA Quadro FX 3000 pour donner vie aux modèles numérisés tridimensionnels en inculquant des mouvements naturels aux personnages numérisés.

Le projet a dépassé toutes les attentes des producteurs. Comme l’a déclaré Mickey Stern, producteur exécutif du reportage XMA pour BASE Productions : « Cette association de reportage d’action, d’images spectaculaires et d’animation biomécanique redéfinit la manière dont nous observons les mouvements humains et les reproduisons à l'écran. Le côté ludique est évident et la valeur scientifico-éducative est illimitée. Les professionnels des arts martiaux poussent leur corps à l’extrême et seules les cartes graphiques NVIDIA Quadro nous ont permis de mesurer la portée de leurs mouvements et de les rendre de façon aussi détaillée au niveau des os et des muscles. La technologie NVIDIA est à l’origine de nos effets spéciaux et nous a permis de faire bénéficier une production TV de la puissance d’Hollywood. »

Les spectateurs de XMA sont mieux à même d’apprécier la vitesse, l’accélération et l’ampleur du coup de pied du combattant grâce à la technologie de la capture de mouvement.

Numériser le monde
Les relations étroites qui lient les sociétés Nexus et MAS, qui partagent les mêmes locaux à Culver City (Californie), sont nées de la nature complémentaire de leurs activités. Leurs clients ont souvent besoin de, à la fois, capturer la forme et l’apparence d’un objet au repos et d’en numériser les mouvements pour lui donner vie.

Nexus Digital Studios : numérisation haute résolution et photoréaliste d’objets, animaux et personnes
« Tout projet type commence par une numérisation », explique Domi Piturro, Directeur de studio chez Nexus. « Un laser 3D projette un rayon rouge de très bas niveau sur un objet. La surface est sondée avec le laser tandis que d’autres caméras interpolent le profil 3D. L’ensemble des données de numérisation recueillies est transféré dans une station de travail à technologie NVIDIA Quadro FX 3000 et une image 3D est générée en temps réel. Les lasers sont incroyablement précis et peuvent capturer le niveau de détail requis pour créer un modèle numérique organique ou naturel. Il y a ne serait-ce que dix ans travailler avec un tel volume de données de si haute précision était pratiquement impossible. Aujourd’hui, grâce aux progrès réalisés au niveau des logiciels et plus spécialement du matériel et, en particulier, à la capacité du NVIDIA Quadro FX 3000 de dessiner plus d’une centaine de millions de triangles par seconde, c’est devenu monnaie courante dans les applications de loisirs, de jeu et industrielles. Si vous avez besoin d’un objet naturel ou voulez capturer l’image d’une personne, vous nous embauchez pour faire une numérisation. Avec leur pipeline graphique en virgule flottante de 128 bits, les cartes NVIDIA Quadro FX nous font bénéficier du nec plus ultra en matière de qualité visuelle et de réalisme. Si vous vous limitez à une approche 100% CG – en utilisant un modèle CG – vous risquez de vous retrouver avec un pantin au look très numérique plutôt qu’avec une personne réaliste. »

La société Nexus Digital Studios numérise le corps d’un maître des arts martiaux de XMA. Les techniciens de Nexus font confiance à la carte graphique haute performance NVIDIA Quadro FX 3000 pour gérer le nombre élevé de polygones requis pour numériser le corps de l’athlète dans ses moindres détails.

Nexus numérise une vaste gamme d’éléments pour ses clients : des voitures pour des films publicitaires, des athlètes pour des jeux vidéo, de acteurs pour des séquences de films CG ou pour créer des scènes comportant des foules réalistes de personnages CG.

Motion Analysis Studios a numérisé les mouvements de chiens, de chats, d’éléphants et d’équipes de sportifs. Pour une publicité récente relative au football, la société a organisé la plus vaste scène de capture de mouvement au monde.

Pour numériser le mouvement, MAS marque un objet ou une personne avec des éléments réfléchissants. Lorsque l’objet ou la personne en question effectue les mouvements requis sur la scène de motion-capture, les caméras de numérisation capturent une séquence d’images à partir des marqueurs réfléchissants. Avec ces données de mouvement, MAS peut inculquer un mouvement naturel à des squelettes en fil de fer puis les piloter dans une séance d’animation ou un environnement virtuel. Clés de personnages et d’une animation de qualité cinématographique, l’équipe de MAS et les cartes graphiques NVIDIA Quadro FX 3000 donnent littéralement vie aux numérisations de Nexus.

« Nous pouvons capturer n’importe quoi du moment que vous pouvez y coller un marqueur » explique Scott Gagain de chez MAS, qui poursuit : « Nous poussons à l’extrême la subtilité des mouvements de sorte que lorsque nous manipulons les personnages que Nexus a scanné, les mouvements de la personne en chair et en os s’intègrent au personnage auquel nous parvenons à donner vie à l’aide de la carte graphique NVIDIA. Notre boulot consiste à donner vie aux choses et la technologie de NVIDIA nous permet de le faire. »

Les maîtres d’arts martiaux de XMA sont gainés de réflecteurs spécialement configurés pour remplir un ordinateur à carte NVIDIA Quadro FX 3000 de données biomédicalement correctes sur les mouvements du corps et des muscles.

Rationaliser le pipeline de la production de films : les pilotes de cartes graphiques NVIDIA, la collaboration studios-NVIDIA et les performances époustouflantes du Quadro FX
Les équipes de Nexus et MAS se basent entièrement sur les solutions graphiques professionnelles NVIDIA Quadro FX pour soutenir leurs solutions de numérisation et de capture de mouvement. Les ingénieurs de Nexus emploient des stations de travail armées de NVIDIA Quadro FX 3000 haute performance pour gérer le nombre élevé de polygones requis pour numériser des objets de grande taille ou complexes ou encore le visage ou le corps d’une personne. Pour d’autres tâches un simple PC de bureau équipé d’une carte d’entrée de gamme NVIDIA Quadro FX 500 suffit.

Les avis de Domi Piturro et Scott Gagain concordent : les solutions graphiques NVIDIA Quadro FX simplifient considérablement la gestion de plates-formes multiples. Piturro explique « Nous avons pu consacrer tout notre temps à notre travail au lieu de perdre des heures à rechercher quel pilote utiliser et comment le faire tourner sur une plate-forme particulière. L’architecture de pilote unifiée de NVIDIA simplifie tout – Je viens de télécharger les derniers pilotes de NVIDIA du site Web de NVIDIA et je sais qu’ils s’exécutent sur n’importe laquelle de nos plates-formes quelle que soit la carte graphique NVIDIA qui y est installée. En ce qui concerne la production, il nous suffit d’intégrer une version des pilotes de NVIDIA dans nos systèmes pour prendre en charge toutes les combinaisons plate-forme/carte graphique. »

Dans le documentaire XMA, un des combattants enfonce la pointe d'une arme dans le torse de son opposant. Le coup infligé aux os est illustré aux téléspectateurs grâce à une technique aux rayons X animée mappée sur le torse du personnage réel. Ceci donne l’illusion que les os et les tissus animés sont ceux du combattant en chair et en os.

Nexus et MAS apprécient les relations de travail étroites qui les lient aux équipes de développement de NVIDIA. L’échange ouvert d’informations et de réflexions entre les studios et NVIDIA a été bénéfique pour les deux camps. Les équipes de Nexus et MAS ont ainsi eu accès à des informations approfondies sur le matériel et les logiciels de NVIDIA et NVIDIA a pu mieux connaître les applications de studio perfectionnées qui donnent tout leur éclat aux technologies NVIDIA. « Les ingénieurs de NVIDIA sont venus, ont observé le fonctionnement de la capture de mouvement, ont tâté du doigt les défis que nous devions relever. Il y a eu un échange impressionnant d’infos techniques, ce qui a été très utile » constate Domi Piturro.

Au-delà de ces avantages considérables, la principale raison qui a poussé Nexus et MAS à faire appel aux solutions graphiques NVIDIA Quadro FX est liée à des impératifs de capacité et de performance. Les deux studios, entre autres, apprécient la bande passante mémoire de 27,2 Go/seconde du NVIDIA Quadro FX 3000 au moment de gérer des textures importantes et l’anti-crénelage pleine scène haute résolution. Pour la numérisation, le NVIDIA Quadro FX 3000 peut gérer de gigantesques volumes de données en temps réel avec un niveau de précision qui assure des résultats de haute qualité. Par ailleurs, la plupart de leurs travaux étant produits pour une diffusion haute définition, la mémoire graphique de 256 Mo du NVIDIA Quadro FX 3000 est idéale.

Les cartes graphiques NVIDIA Quadro FX donnent aux réalisateurs de films la puissance dont ils ont besoin pour mélanger des séquences d’action live et des séquences animées. Les techniciens ont combiné des personnages humains scannérisés avec des données de capture de mouvement en continu et mappé ces personnages tridimensionnels en mouvement sur un film numérisé 35 mm.

MAS exige également une performance maximale des cartes graphiques. Jeff Swenty explique : « Quand nous avons fait au SIGGRAPH la démo d’une créature de Buffy contre les vampires en utilisant le NVIDIA Quadro FX 3000, nous avons épaté tout le monde. Nous avions un modèle de 200 000 polygones d’une créature animée qui utilisait une mappe de textures 4K par 4K et que nous faisions bouger en temps réel. Toutes les bouches ont laissé échapper un Oh d’admiration quand les spectateurs ont vu que nous pouvions faire bouger la créature, déplacer les lumières et modifier le champ de vision de la caméra. C’était impressionnant. »

Les cartes graphiques NVIDIA Quadro FX donnent à Nexus et MAS la puissance dont ces sociétés ont besoin pour tout mettre ensemble. Par exemple, leurs clients combinent souvent un modèle scannérisé avec des éléments de mouvement capturés et balancent le personnage numérisé en mouvement dans un film numérisé 35 mm. « Vous avez d’un côté des données motion-capture continues et un maillage en 3D ou un modèle de surface si vous êtes en phase finale. De l’autre, un film en 35 mm qui tourne en arrière-plan de sorte que vous pouvez faire correspondre le personnage à la séquence de film. Il faut une puissance graphique considérable pour gérer ces flux de données. Cela enrayerait n’importe quelle plate-forme graphique en dehors des cartes NVIDIA Quadro FX que nous utilisons » constate Jeff Swenty.


Effacer les distinctions entre la réalité et les mondes numériques tridimensionnels

Les spectateurs peuvent mieux saisir la vitesse, l’angle et la dynamique des mouvements du maître grâce à la technologie de capture de mouvement illustrée dans cette image de XMA.

Les sociétés Nexus et MAS cherchent toutes deux à faire bénéficier tous leurs clients de visualisations de qualité cinématographique. Un objectif que Domi Piturro résume en ces termes : « Plus NVIDIA hisse la barre en matière de graphisme, plus nous pouvons faire. Je peux m’imaginer un jour où nos enfants ne se contenteront plus de s’asseoir et regarder les dessins animés du mercredi après-midi, mais rentreront dans le dessin animé et y participeront. Plus les graphiques deviendront interactifs, plus les gens vont s’investir dans ce qu’ils n’avaient que l’habitude de regarder. Les adultes s’y mettent aussi. C’est dans ce sens que nous allons. Et c’est pour cela que nous travaillons avec NVIDIA, nous savons où va NVIDIA et que c’est la bonne direction. »

Pour en savoir plus sur les solutions NVIDIA Quadro, visitez : http://www.nvidia.fr/page/quadro.html.

Pour en savoir plus sur Nexus Digital Studios, visitez : http://www.nexusdigitalstudios.com.

Pour en savoir plus sur Motion Analysis Studios, visitez : http://www.mastudios.com.

Regardez des clips de XMA sur : http://media.dsc.discovery.com/convergence/xma/video/video.html.

XMA a été produit par BASE Productions, Inc. pour Discovery Channel, sous la direction de John Brenkus.