英伟达携手Weta为《阿凡达》加快视觉特效

  【天极网DIY硬件频道】由詹姆斯·卡梅隆(James Cameron)执导、二十世纪福克斯出品的突破性立体3D长片电影《阿凡达》已于12月18日在北美地区公开上映，公映首个周末即突破7700万美元票房收入，位居有史以来3D电影之首。自上映以来，该片在全球范围内已获得10亿美元票房总收入。影片中包含了丰富、精细的场景、虚拟人物的庞大阵容以及计算机生成(CG)的环境。

  Weta Digital公司总部位于新西兰惠灵顿，是影片《阿凡达》的主要视觉特效供应商。该公司是英伟达™(NVIDIA®)公司的长期客户，他们在其视觉特效(VFX)制作流水线中采用了Quadro®专业图形解决方案以及Tesla™高性能计算解决方案。

  Weta的任务是在非常风格化的数字设置下打造出诸多连续镜头，其中包含多达800个完全由计算机生成(CG)的人物。处理《阿凡达》影片所需的计算动力是Weta迄今为止所面临的项目中最棘手的一个，因此他们的目光便转到了图形处理器(GPU)发明者英伟达™(NVIDIA®)公司身上。

  Weta研发部主管Sebastian Sylwan指出：“《阿凡达》这部影片的复杂程度让我们萌发了全新的想法，那就是不走寻常路，以非常规的方式进行渲染。我们使用RenderMan进行最终的漫射层(Beauty-pass)渲染，但是为了优化《阿凡达》巨大数据集的艺术迭代(Artistic Iterations)，我们将大多数计算放到了一个预计算的步骤中。我们需要解决的问题不在渲染上，而是在高性能计算方面。我们意识到，利用GPU(图形处理器)的大规模并行计算能力来解决问题是英伟达™(NVIDIA®)公司的专长。”

  2009年3月，Weta渲染研发部主管Luca Fascione、Weta首席技术官Paul Ryan以及英伟达™(NVIDIA®)研究院资深设计师Jacopo Pantaleoni共同探讨了Weta所面临的困难。Pantaleoni表示：“Paul让我首次了解到，在CG视觉特效史上，所需多边形的数量将以十亿计算，而非百万。Luca讲述了他们独特的光照方法，他指出，他们需要一款可扩展的解决方案，以便对其所创造的异常复杂的整个世界进行光线追踪。”

  解决方案

  Weta研发部门联合英伟达™(NVIDIA®)研究院展开合作。Pantaleoni远赴新西兰，常驻当地数月之久，开始开发光线追踪软件解决方案，以处理《阿凡达》复杂镜头所需的数以十亿计的多边形。

  英伟达™(NVIDIA®)携手Weta，共同开发了一款叫做PantaRay的全新预计算引擎来为Weta VFX流水线赋予高性能计算能力。PantaRay这个名字的灵感取自希腊格言"panta rhei”，意为“一切皆可流动“。这款强大的光线追踪系统专为加速场景遮挡信息的预计算而设计，这些信息在整个Weta渲染流水线中都要用到。如此一来，特效制作人员就能够对基于图像的照明进行快速而动态的重新计算。

  这种创新的方法让Weta能够在更短的时间内渲染更复杂的场景，同时花费更少的成本、使用更少的处理器。因此，艺术家便能够更快地迭代以及执行更多更改，最终取得更高画质、照片般逼真的效果。凭借英伟达™(NVIDIA®)公司在共同开发方面所做的大量工作，Weta现已能够生成之前无法实现的场景，这些场景无论是在制作时间还是在成本上都是之前所不敢想象的。

  与英伟达™(NVIDIA®)研究院Pantaleoni所共同开发的解决方案让Weta受益匪浅。这款方案促使Weta进一步运用英伟达™(NVIDIA®)技术、发掘大规模并行计算以及GPU的计算能力。英伟达™(NVIDIA®)将Weta PantaRay引擎移植到基于CUDA的GPU上来，这一移植实现了25倍速度提升，所使用的硬件是基于英伟达™(NVIDIA®)Tesla® S1070 GPU的服务器而非基于CPU的服务器。

  影响

  在这部电影宣传预告片中的镜头很好地说明了Weta运用PantaRay所实现的优势。其中一个镜头是从直升机向下看的，有一大群成百上千的紫色生物在水面上飞行。使用PantaRay，我们仅用了一天半时间就对画面背景中一座长满树木的大山完成了预计算。Weta的Fascione称：“如果使用之前的方法，这一镜头将需要一周时间才能完成。PantaRay大幅的速度提升意味着，我们能够创造出更加美丽的镜头。你可以在每个灌木丛、每片树叶上都看到精细的画面细节。不同距离之间的色彩分离清晰可辨。PantaRay的计算能力使事情变得大为不同。”

  事实证明，当在GPU上运行时，PantaRay的光线追踪进程最高比在CPU上运行时快25倍。Sylwan表示：“以处理这种复杂度的任务为例，如果与使用传统方法时相比，那么速度提升可能接近100倍。”

  在史蒂芬·斯皮尔伯格/皮特·杰克森的下一部电影《丁丁历险记》(Tintin)中，Weta Digital打算在其制作流水线中加入运行于英伟达™(NVIDIA®)Tesla GPU的PantaRay，探索PantaRay以及GPU(图形处理器)能够进一步加速其整体视觉特效流水线的全新方式。Weta Digital着色部门总监Martin Hill表示：“因为在我们所做的每一个项目中，复杂度都不断提升，我们需要的渲染能力也不断增大。渲染越复杂，为场景照明的难度就越高。PantaRay让复杂场景的照明能够变得和简单场景一样轻而易举。”

  英伟达™(NVIDIA®)数字电影技术经理Dominick Spina表示：“与Weta研发团队这类机构之间的合作关系让我们站在了制作技术的最前沿。与Weta在《阿凡达》这部电影上的合作是相当成功的。PantaRay的开发工作中没有任何空想成份。所有开发都围绕特效的制作而展开。我们将继续走这种发展道路，不断与顶尖的视觉特效和动画公司展开广泛合作，将越来越多的英伟达™(NVIDIA®)专业技术应用到解决最复杂的制作技术难题上来，以解除艺术家身上的束缚，使其能够发挥更大的创造力。”