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NVIDIA collabore avec Weta pour accélérer les effets visuels d’Avatar

 
 

Avatar, film révolutionnaire en 3D stéréoscopique de James Cameron et Twentieth Century Fox, est sorti dans les salles le 18 décembre 2009, réalisant un week-end d’ouverture record pour un film en 3D, avec plus de 77 millions de dollars, et a permis de gagner plus d’1 milliard de dollars dans le monde entier à ce jour. Le film offre des scènes luxuriantes et remplies de détails ainsi qu’un casting étendu de personnages virtuels placés dans des environnements calculés par ordinateur.

DÉFI
Avatar
Voir le trailer officiel sur YouTube

Weta Digital, installé à Wellington, en Nouvelle-Zélande, et fournisseur principal d’effets visuels dans le film, est un client de longue date de NVIDIA®. La société déploie les solutions graphiques professionnelles Quadro® ainsi que les solutions d’informatique haute performance Tesla™ dans son pipeline de production d’effets visuels (VFX).

Weta a dû concevoir des séquences avec 800 personnages entièrement calculés par ordinateur dans des décors numériques hautement stylisés. La puissance de calcul requise pour traiter les scènes d’Avatar était supérieure à tous les projets dont Weta s’était occupée jusqu’alors. C’est pourquoi l’entreprise s’est tournée vers NVIDIA, l’inventeur du processeur graphique (GPU).

« La complexité d’Avatar nous a poussés à imaginer un rendu différent », explique Sebastian Sylwan, Directeur de la recherche et du développement chez Weta. « Nous exécutons nos rendus finaux avec RenderMan, mais pour optimiser les itérations artistiques sur les gigantesques ensembles de données d’Avatar, nous avons transféré l’essentiel du calcul dans une étape de prétraitement. Les problèmes que nous devions résoudre ne portaient pas tant sur le rendu que sur le traitement haute performance, et nous avons réalisé que l’utilisation de la puissance parallèle massive d’un GPU pour résoudre ces problèmes relevait de l’expertise de NVIDIA. »

En mars 2009, Luca Fascione, directeur de la recherche sur le rendu de Weta, Paul Ryan, DT de Weta, et Jacopo Pantaleoni, un architecte senior de NVIDIA Research, ont discuté ensemble des attentes de Weta. « Paul m’a indiqué que, pour la toute première fois dans l’histoire des effets visuels calculés par ordinateur, le nombre de polygones requis allait être mesuré en milliards plutôt qu'en millions », explique Jacopo Pantaleoni. « Luca a décrit leur approche unique de l’éclairage et leur besoin d’une solution évolutive pour réaliser le ray tracing du monde complet et incroyablement complexe qu’ils allaient créer. »

Solution
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Weta R&D et NVIDIA Research ont ainsi entamé leur collaboration. Jacopo Pantaleoni s’est rendu en Nouvelle-Zélande et y a séjourné pendant plusieurs mois pour commencer le développement d’une solution logicielle de ray tracing pouvant prendre en charge les milliards de polygones requis dans les séquences complexes d’Avatar.

Ensemble, NVIDIA et Weta ont co-développé un nouveau moteur de prétraitement, nommé PantaRay, pour apporter une puissance de traitement haute performance dans le pipeline VFX de Weta. Le nom PantaRay est inspiré de l'aphorisme grec « panta rhei » qui signifie « tout passe ». Ce puissant système de ray tracing a été spécifiquement conçu pour accélérer le prétraitement des informations d’occlusion, utilisées via le pipeline de rendu Weta, pour permettre un retraitement rapide et dynamique de l’éclairage basé sur l’image.

Cette approche innovante a permis à Weta de générer des scènes plus complexes en un temps plus réduit, tout en utilisant moins de mémoire et moins de processeurs. Le résultat a offert aux infographistes la possibilité de réaliser des itérations plus rapidement et d'apporter davantage de modifications, permettant ainsi l’obtention des résultats photoréalistes de meilleure qualité. Grâce aux efforts en co-développement de NVIDIA, Weta a pu générer des scènes dont le coût et la durée de traitement auraient été autrefois prohibitifs.

Les avantages qu’a obtenus Weta grâce à la solution co-développée avec Jacopo Pantaleoni de NVIDIA Research a davantage forcé l’entreprise à adopter le traitement GPU, la puissance de la technologie NVIDIA permettant d’effectuer un traitement massivement parallèle. NVIDIA a porté le moteur PantaRay de Weta dans une version GPU basée sur CUDA, qui s’exécute 25 fois plus vite, en utilisant un serveur basé sur le GPU NVIDIA Tesla® S1070 au lieu d’utiliser un serveur basé sur le CPU.

Impact
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Une scène qui démontre les avantages dont Weta a bénéficiés avec PantaRay peut être vue dans le trailer officiel du film. La scène d’un hélicoptère survolant un gigantesque troupeau de centaines de créatures violettes qui volent au-dessus de l’eau, avec une grande montagne recouverte d’arbres en arrière-plan, a été prétraitée en seulement un jour et demi grâce à PantaRay. « Cette scène aurait requis une semaine avec les méthodes précédentes », a déclaré Luca Fascione, de Weta. « Le fait que le traitement soit bien plus rapide avec PantaRay nous a permis de créer une scène encore plus magnifique. On discerne les moindres détails de chaque buisson, de chaque feuille. La séparation des couleurs entre les distances est propre et claire. La puissance de traitement de PantaRay a fait la différence. »

Avec une exécution sur des GPU, le processus de ray tracing de PantaRay s’est révélé 25 fois plus rapide que sur des CPU. « Nous allons probablement près de 100 fois plus vite par rapport au temps qu’il nous aurait fallu pour gérer cette grande complexité avec des méthodes traditionnelles », a déclaré Sylwan.

Weta Digital prévoit d’incorporer PantaRay aux GPU NVIDIA Tesla dans son pipeline pour Tintin, le film à paraître de Steven Spielberg/Peter Jackson. L’entreprise pourra ainsi tester les nouvelles façons dont PantaRay et les GPU peuvent davantage accélérer son pipeline général d’effets visuels.

Selon Martin Hill, directeur du shading à Weta Digital, « la complexité continue d’évoluer sur chacun de nos projets et le volume que nous devons produire se multiplie donc sans cesse. Et plus le rendu est complexe, plus il est difficile d’éclairer la scène. Avec PantaRay, éclairer des scènes compliquées est aussi facile qu’avec des scènes simples. »

« Les partenariats avec des groupes tels que l’équipe R&D de Weta nous mènent au summum de la technologie de production », explique Dominick Spina, directeur de la technologie numérique chez NVIDIA. « Travailler avec Weta sur Avatar a été une collaboration incroyable. Rien dans le développement de PantaRay n’a été une abstraction. Le développement logiciel s’est basé uniquement sur des objectifs de production. » Spina ajoute : « Nous continuerons de collaborer de manière aussi importante avec des sociétés exceptionnelles d’effets visuels et d’animation, pour apporter toujours plus d’expertise et résoudre les problèmes de technologie de production les plus complexes. Ainsi, nous libérerons les artistes pour que leur créativité soit sans limite. »



 
 
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