نگاهی بر دانشگاه هیولاها، چالش‌ها و تکنیک‌ها

پیکسار سابقه‌ی طولانی در خصوص ساخت نرم‌افزارهای ‌مخصوص به خود میان پروژه‌هایش را دارد. جدیدترینش نرم‌افزار Overhauling ، سیستم رندرینگ برای Brave بود. اما رسیدن به دانشگاه هیولاها، تغییرات عمیقتری نیاز داشت. مدیر تصویربرداری، Jean-Claude Kalache در خصوص چگونگی تغییرکار نورها در پیکسار گفته است.

چه می‌شد اگر کاری می‌کردیم که نورها صرفا کار می‌کردند؟، برعکس ساخت انعکاس‌ها و سایه‌ها به صورت دستی؟ چرا هروقت که هنرمند نورها را ایجاد کرد، آنها به صورت اتوماتیک ایجاد نشوند؟، مثل این است که هروقت عکسی می‌گیرید، یک دوربین جدید بسازید. به دور از هنرِ عکاسی است.  نتیجه‌ی این پرسش Global Illumination بود، سیستم نورپردازی که همزمان با اکران شرکت هیولاها معرفی خواهد شد!.

Kalache در خصوص این کار توضیح می‌دهد، ولی گلوبال لومینیشن سیستم نورپردازی هست که پیکسار از زمان داستان اسباب بازی1 در کارهایش از آن استفاده کرده است. این کار بسیار جدال‌آمیز‌تر از این حرف‌هاست. این کلمات را کارگردان تکنیکی Chris Horne عنوان کرده است. اما همین چالش‌هاست که تاثیرات عمده‌ای روی خروجی دارد.

تغییری که ایجاد شد در Ray-Tracing بود. – تکنیکی که هر فتون نور را در صحنه تعقیب می‌کند، جهش آن از سطوح دیوارها و شخصیت‌ها، ایجاد سایه‌ها و انعکاس‌ها را درپی دارد. بیشتر مانند رفتار نور در دنیای واقعی می‌باشد. زمانی که یک منبع نوری با ساطع کردن نور، به هر گوشه و کنار اتاق پراکنده می‌شود. کاری که در محیط‌های مجازی فیلم‌هایی از قبیل Transformars و Iron Man انجام شده است، کاری که Industrial Light & Magic برای ایجاد انعکاس سطوح متالیک از آن بهره برده است. ولی در پیکسار و در محیط‌های فول کامپیوتری، دنبال کردن میلیون‌ها فتون نوری حس غیرطبیعی را ایجاد خواهد کرد. درعوض، پیکسار به صورت دستی سایه‌ها و شبکه‌ای از نورهای Direct را ایجاد می‌کند. چیدمانی که باعث رشدِ پیچیدگی مدل‌های نوری شده و تنظیمات حرفه‌ای‌تری را می‌طلبد.

کریستوفر هِری Christophe Hery ، معمارِ هسته‌ی اصلی Global Illumination اضافه می‌کند: GIهمه‌ی اینها را کنار می‌زند، سایه‌ها و انعکاس‌ها را به صورت اتوماتیک براساس موقعیت نورها بوجود می‌آورد. اگر دیوارها آبی‌رنگ است، با برخورد نور روی آن، کمی آبی‌ می‌شود و رنگ آن را فتون‌‎ها به خود جذب می‌کنند که متفاوت از رنگ اولیه در منبع نوریست. پایه، “طبیعیت گراییست” براساسِ فیزیک نور در دنیای واقعی. به جای آن، هنرمندان جای نورها و سایه‌های نرم را تعیین و ایجاد می‌کنند و بقیه‌ی کار به سخت‌افزار منتقل می‌شود. کاری بس طولانی برای رندرفارم! زحمتی شبانه‌روزی هنگامی که طراحان همه خوابند!. تمامی اینها در حافظه است. به‌دلیل به‌هم پیوستگی فیزیک نور، این پروسه به صورت یکپارچه محاسبه می‌شود که خواستار حجم عظیمی از RAM است. ما محیط‌های کامل، درختان، چمن‌ها، مردم، جمعیت‌ها را داریم که در حافظه هستند، همه باهم!. در برخی نقاط مهندسانِ رندر باید بسیار باهوش باشند تا به درستی تصمیم بگیرند که چه چیزی نباید رندر شود.

بزرگترین کشمکش ما نگه داشتنِ هر فریم در کمتر از 20گیگابایت حافظه‌ی RAM بود. هر سیستم در رندرفارم پیکسار 96GIG رم دارد. ولی وقتی ماشین‌ها 4فریم را به صورت موازی تحلیل می‌کنند، هر چیزی بیشتر از بیست گیگا‌بایت خطرناک است. برای هر فریم، 20 گیگ زیاد به نظر می‌آید، ولی هر آبجکتی را در صحنه باید نگه داشت، از دوربین‌ها تا هر تار مور برای هر هیولا. همچنین انعکاس نور، آن هم نیازمند حافظه است. هنگامی که هر تار مو به حرکت در‌می‌آید، نورهم دوباره محاسبه می‌شود.

Kalache به سکانسی اشاره می‌کند که در تونل اتفاق می‌افتد و هزاران منبع نوری همزمان درحال حرکت هستند. هر انعکاس بین دیوارهای تونل درحال برخورد هست. محاسبه‌ی هر انعکاس یعنی 5برابر کار بیشتر و  کاری وحشتناک برای تیم طراحیِ نورها. او در ادامه می‌افزاید: ولی وقتی با صحنه‌هایی با پیچیدگی کم سروکار داریم، می‌توان تاثیر GI را به خوبی دید. سکانس‌های شرکت‌هیولاها پر است از سایه‌های نرم و بکگراند‌ها به طرز مرموزی نسبت به کارهای قبل پیکسار روشنتر است. این روش بیشتر همتراز است با نورپردازی و فیلم‌برداری یک فیلم زنده، با توجه به اینکه از یک صافیِ سل‌انیمیشن نیز رد شده اند. مخاطبین ممکن است متوجحه آن نباشند، اما باعث نگرانی تیم نمی‌شود. برعکس Optimus Prime این نوع از افکت طراحی شده تا بکگراند را زنده کند و کمک‌حال داستان از پشت‌صحنه باشد. به عقیده‌ی من: “نورپردازی موفق، نورپردازی ساکت است.”