پایپرPiper چگونه در پیکسار ساخته شد

پایپر فیلمی‌ست که تحسین شما را از نظر زیبایی تصاویر و شگفتی تکنولوژی برمی‌انگیزد. به مانند دیگر فیلم‌های پیکسار، تمرکز روی داستان است و اینجا نقطه‌ای‌ست که موتور رندر RenderMan به کمک تیم هنری و کارگردان‌ها آمده تا این داستان جالب‌توجه نقل شود.

پایپر (آبچیلک) داستان پرنده‌ای شجاع است که با یک مشکل مواجه می‌شود و سعی می‌کند تا جای ممکن آن را به صورت خلاقانه و با همکاری دیگر پرنده‌ها حل کند. همچنان که تیم توسعه در حال ساختن ساحل طلایی و زیبای پایپر بودند، به صورت موازی با چالش‌ها و راه‌حل ها مواجه می‌شده‌اند.

راه‌حل‌ها برای اکثر چالش‌های معمولِ تکنیکال باید تماما متفاوت می‌شده‌اند. –اریک اسمیت فیلمبردار

برای اولین بار، این پروژه از دپارتمان ابزارهای پیکسار سر برآورد. جایی که مسئولیت ساخت و تولید ابزارهای دیجیتال برای به تصویر کشیدن جادوی تصاویر انیمیشن‌های پیکسار را بر عهده دارد. پایپر Piper همچنین تنها پروژه‌ی انیمیشن کوتاه پیکسار بود که بر پایه‌ی REYES شروع شد و سپس به RIS تبدیل شد. کار تحقیق و توسعه بسیار قبل‌تر با  موتور ترکیبی رندر REYES شروع شده بود.

آن زمان، تیم تکنیکال نتایج جالب توجهی با این سیستم رندرینگ به دست آورده بودند و شروع کنار گذاشتن روش‌های سنتی نورپردازی و شیدر سازی آغاز شده بود. به عنوان مثال وابستگی به Displacement mapها، Shadow Mapها و pint cloudها برای شبیه سازی GI و همچنین Subsurface Scattering اما وقتی که تیم شروع کرد با RIS کار کردن، به نوعی همه چیز کنار گذاشته شد.

اریک اسمیت Erik Smitt کارگردان عکاسی می‌گوید: “نتایج اولیه با RIS بسیار قابل اعتماد بودند، کاراکترها و محیط‌شان یکسان به نظر می‌رسید، طوری که حس می‌شد به یک محیط تعلق دارند. دیگر نیازی نبود تا با ستاپ‌ نورهای از پیش تنظیم شده کار کنیم تا یکپارچگی را در شات‌ها حفظ کنیم، روش تازه بسیار سریع‌تر بود و ما می‌توانستیم شات نهایی را زودتر ببینیم.”

” ما تصمیم گرفتیم تا ببینیم RIS چه کارهایی می‌تواند انجام دهد…”

تیم می‌توانست شات‌ها را کاملا در شرایط فیزیکی نورپردازی کند. این روندی بود برای بسیاری مشکلات تکنیکال، که باید کاملا متفاوت می‌بودند. او اضافه می‌کند: یک مثال شن‌های ساحل بود.

آقای -Brett Levin برت لوین- ناظر تکنیکی پروژه می‌گوید: “به صورت سنتی،  می‌باید از Displacement ها و مقداری حقه و کلک نورپردازی استفاده می‌کردیم تا به چنین تصاویری می‌رسیدیم، اما تصمیم گرفتیم تا ببینیم RIS چه توانمندی‌هایی دارد، بنابراین تیم تصمیم گرفت تا ساحل را پر از دانه‌های شن بکند!

هر شات در پایپر متکل از میلیون‌ها دانه شن است. هر کدام شامل ۵۰۰۰ پالی‌گان Polygon . هیچ Bump یا Displacement در دانه‌های شن استفاده نشده است. تنها مدل‌های مصنوعی هستند که در houdini ساخته شده‌اند. دیسپلیسمنت اولین گزینه در تولید شن‌های ساحل است، اما پس از چندین تست، این جزییات باید کلوس‌آپ‌هایی از ساحل را نیز پوشش می‌داد که نیازمند حجم ۳۶ برابری یک Displacement بود که در تولید از آن استفاده می‌شد؛ این مَپ‌های دیسپلیسمنت را بدون کارآیی می‌کرد و شروعی بود بر این که فهمیدیم تکثیر دانه‌های شن در ساحل روشی قابل اعتماد است.

هر دانه شن در Mudbox مدل‌سازی شد و حالت Displacement در هودینی و با الگوریتم Poisson Distribution به دست آمد. نتایج دانه‌های شن توسط Grin solver در هودینی شبیه سازی شد که یک لایه نهایی بود روی مِش اصلی که به عنوان ساحل استفاده می‌شد؛ با استفاده از تکنیک‌هایی مانند محدوده‌ی دید دوربین یا  camera frustum ، زاویه‌ی دید، فاصله‌ها و اختلافات دانه‌های شن در محدوده‌های زبر و فشرده بوجود آمد.

 

تنوعی از شن‌ها در رندرمن استفاده شد برای این‌که محدوده‌ی شن‌های خیس تا شن‌های خشک را بسازیم. این تکنولوژی به تیم بسیار کمک کرد، ما تنها ۱۲ دانه شن را تغییر می‌دادیم تا این حالت ایجاد شود. این دانه‌ها توسط Geo Instancer و Piont cloudها تکثیر شدند که کمک کرد تا نماهایی پیچیده خلق کنیم.

رندر این‌ نماهای بسیار سنگین می‌رفت که به یک چالش تبدیل شود، اما قادر بودیم تا در برخی نماها با Ray depth 128 تکثیر دانه‌های شن را به صورت موفقیت‌آمیز کنترل کنیم که با تکنولوژی‌های قدیمی این امکان را نداشتیم. این نکته رندرها را بسیار واقع‌گرایانه می‌کرد اما به صورت سنتی، کاملا منابع ما را مصرف می‌کرد.

 

رنگ دانه‌های شن توسط یک Map Diffuse که در یک روز ابری از ساحل عکاسی شده بود ایجاد شد؛ این کار تیم را قادر ساخت تا آن را در صدف‌ها، سنگ‌ها و شیشه‌ها استفاده کنند. همچنین برای این‌که میلیاردها دانه شن را به صورت قانع‌کنند شبیه سازی کنیم  باید خیس می‌شدند، خشک می‌شدند و مقداری ته رنگ نیز باید می‌داشتند.

بر اساس خط ساحل، رفتار شن‌ها می‌توانست کاملا تغییرکند. ایجاد این تنوع چالش جالب توجی بود. تیم این حالت را در ۳ دسته طبقه بندی کرد: Wet خیس، مرطوبMoist و Dry خشک.

شبکه‌ای واضح و به‌هم متصلی ایجاد شد تا دانه‌های شن را کمی چسبناک نشان دهد، با مقدار مورد نیازی از  breakable constraints توانستیم حالت روی هم افتادن دانه‌های شن را ایجاد کنیم. پس از دستکاری Grin Solver  در هودینی، تیم توانست تا این تاثیرهای اندک را قابل کنترل کردن و انیمیت شدن بدهد تا از این طریق بتوان دانه‌ها را متحرک کرد.

آب و کف هم توسط FLIP سالور هودینی ایجاد شد. برای زمان‌بندی، تیم شکل ساده‌شده‌ای از خط موج را انیمیت می‌کرد و از آن لبه‌ی اصلی را جدا کرده و به شبیه‌سازی اضافه می‌کرد. در نهایت از تنظیمات Low-res برای اجرای شبیه‌سازی High-res استفاده می‌شد. گاهی زمان‌بندی را تغییر می‌دادیم تا کمی کنترل هنری به کار اضافه کنیم.

نورپردازی و رندر کف Foam توسط Hybrid Volume/thin surface shader کار شد که با بالای ۱۰۰ جهش Ray depth رندر شد. این کار به  Foam امکان این را می‌داد تا سطح انعکاسی درخشان خوبی داشته باشد تا حباب‌های روی آن نیز حس شود. رندرمن عاشق اینگونه چالش‌هاست!، ما می‌توانستیم تنها بر Light Transport متمرکز شویم تا این سطح از واقع‌گرایی را خلق کنیم. RIS واقعا کار خودش را خوب انجام می‌داد.

چند راه‌حل داخل سازمانی برای ساخت حباب‌ها استفاده شد. مثل تکنولوژی پیکسار با نام GIN که محدوده‌ها را در ۳D می‌سازد و همچنین زمینه‌های تصنعی از کف یا Foam. این دانه‌های ریز حباب‌ها توسط Velocity سطح آب حمل می‌شدند. غلظت کف نیز بر اساس میانگین ذره‌ها و جهت چرخش آن بود، این کار برای ظاهر شدن و ناپدید شدن کف‌ها روی سطح آب استفاده شد.

یکی از چالش‌هایی که با آن مواجه بودیم ایجاد یک “لبه‌ی” ناخواسته در جایی که آب به ساحل می‌رسد بود. برای این که آن را حل کنیم، تیم تمام ساحل را یک نسخه تکثیر کرد و از آن برای ایجاد یک IOR داینامیک استفاده کرد تا این لبه را محو کند و در نهایت یک ساحل طبیعی داشتیم.

در ترکیبی از اثر امواج که به صورت تصنعی با Houding  و Katana ساخته شده بود، زیبایی خاصی به ساحل دادند.

پایپر به شدت تحت تاثیر عکاسی مایکرو و عمق‌میدان‌ها بود. با یک روند پیچیده‌ای از کامپوزیتینک، تیم  توانسط در Nuke عمق‌میدان‌ها را با ترکیبی از رندر لایه‌ها در رندرمن بوجود بیاورد برای برخی از پلان‌هایی که عمق‌میدان‌های اغراق‌آمیز داشتند ترکیبی از چند تکنیک استفاده شد.

در نهایت برای رهایی از noise در تصویر، تیم از الگوریتم جدید Denoise در رندرمن استفاده کرد. به صورت کلایسک، سمپلینگ بسیار سنگینی لازم بود تا عمق‌میدان‌ها و موشن‌بلارها تمیز و بدون نویز رندر شوند، اما دینویزر تازه در رندرمن خیال همه را راحت کرد و نیازی نبود تا ساعت‌ها منتظر پایان گرفتن رندرها باشیم.

منبع

مترجم: میرتوحید رضوی