Animationen in Lichtgeschwindigkeit

Die Perfektionierung von Special-Effects-Szenen ist ebenso langwierig wie die Erstellung von natürlich wirkenden 3D-Animationen. Jedes Mal, wenn der Regisseur die Lichtsetzung verändern möchte, muss eine enorme Computerleistung aufgewendet werden, um neue Bilder aus dem Rechner zu erstellen – und solche Renderingprozesse können Stunden dauern.

Ein Team aus Computerwissenschaftlern am MIT sowie bei den Special-Effects-Firmen Tippett Studios und Industrial Light and Magic (ILM) hat deshalb nun eine Software entwickelt, die die Zeit deutlich reduziert, die notwendig ist, ein Vorschaubild zu generieren – von Stunden hinunter auf Sekunden. So lässt sich die Lichtsetzung nahezu im selben Augenblick feinabstimmen. ILM, eine der wichtigsten Hollywood-3D-Experten, hat die neue Technologie mit dem schönen Namen "Lightspeed" bereits beim Film "Transformers" getestet und will sie künftig in der ganzen Firma einsetzen.

"Wir sind aktuell noch beim Rollout", erläutert Christophe Hery, leitender Forschungsingenieur bei ILM. Das System habe aber das Potenzial, die Arbeit von drei bis vier Tagen künftig in nur einem zu erledigen.

Der Lösungsansatz basiert auf der Tatsache, dass die Lichtsetzer normalerweise erst am Ende des Produktionsprozesses zum Zuge kommen – auch bei 3D-Aufnahmen. Weil der Bildaufbau zuvor also größtenteils steht, sind große Teile der Daten, die gerendert werden müssen, redundant. Um die verbleibende Arbeit zu beschleunigen, identifiziert und komprimiert Lightspeed diese sich nicht verändernden Daten, so dass sie nicht erneut berechnet werden müssen.

Ein weiterer Vorteil von Lightspeed ist die direkte Nutzung spezialisierter High-Performance-Grafikchips (GPUs). Traditionell wurden Licht und Schatten zur Gänze auf den Hauptprozessoren (CPUs) gerendert, die darauf eigentlich nicht spezialisiert sind. Lightspeed nutzt die CPU nun für die Zwischenspeicherung redundanter Daten und erledigt dann die restlichen Berechnungen der neuen Lichtsetzung direkt auf den GPUs. Ein solches Datenmanagement steigert die Vorschaugeschwindigkeit im Vergleich zum reinen Rendering auf der CPU enorm.

"Der erste Schritt liegt darin, all die Bildbereiche herauszunehmen, die nicht mit jedem Einzelbild neu berechnet werden müssen", erläutert Jonathan Ragan-Kelley, Computerwissenschaftler am MIT und Mitglied des Lightspeed-Teams. "Eine weitere starke Beschleunigung entsteht dadurch, dass die Daten, die die Lichtsetzer verändern, auf einem Prozessor abgebildet werden, der sie wesentlich effizienter abarbeiten kann."

Konkurrent Pixar Animation Studios, inzwischen eine Disney-Tochter, setzt auf ein ähnliches Vorschausystem namens Lpics. Hierbei muss ein Programmierer allerdings von Hand die Daten durchgehen und die Bereiche identifizieren, die tatsächlich verändert werden müssen. Diese Mühsal wiederholt sich, sobald andere Lichteffekte ausprobiert werden müssen, was in einer Produktion häufig vorkommt.

Laut Ragan-Kelley unterstützt Lightspeed außerdem Zusatzeffekte wie Bewegungsunschärfe und Transparenz, bei der mehr als ein Bereich einer Szene zur Farbe eines einzelnen Pixels beiträgt.

"Das Team hat versucht, eine schöne Lösung mit einer garantierten Genauigkeit zu finden – insbesondere in kleinen Szenen mit vielen Details", meint Fabio Pellacini, Computerwissenschaftler am Dartmouth College und einer der Forscher hinter Pixars Lpics. Verbesserungen in der 3D-Technologie entstünden inzwischen zwar sehr schnell, aber komplexe Bilder mit Lichteffekten aus verschiedenen Winkeln blieben ein schwieriges Thema. "Diese Probleme werden aber hoffentlich bald gelöst." (bsc)