The Mill. LED-Einstieg. Destruction & Regen. Die Erleuchtung oder nur ein Glühwürmchen? Im Houdini-Workshop zum Wettergott werden

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1 2O14 5 ISSN > B >> 18. Jahrgang >>> Published by Deutschland 14,95 Österreich 17, Schweiz sfr 23, MAGAZIN FÜR DIGITALE MEDIENPRODUKTION AUGUST The Mill Menagerien und Multiexporter vom UK-Vorzeigestudio Destruction & Regen Im Houdini-Workshop zum Wettergott werden LED-Einstieg Die Erleuchtung oder nur ein Glühwürmchen?

2 FOKUS FILM & VFX 3D & ANIMATION INTERACTIVE DIGITAL ART SCIENCE & EDUCATION SERVICE 4K? CG? In Echtzeit? Die ganze Demo lief mit nur einer Kamerafahrt im Dauerloop, welche jedoch durch die versetzten Unteranimationen immer anders aussah und ständig neue Eindrücke vermittelte. Wer 4K-Projektoren herstellt, will diese auch auf den Messen präsentieren. Barco und Ventuz haben ihre Ultra-HD-Demo Glare Productions anvertraut man will ja auf der ISE in Amsterdam was zu zeigen haben. von Thomas Heinrich Für die Firmen Ventuz und Barco und Partner haben wir von Glare Productions eine 3D-Echtzeit-Demo erstellt, welche die Leistung der neuen 4K-Beamer von Barco sowie einige Funktionen und grafische Möglichkeiten der neuen Ventuz-4- Version eindrucksvoll darstellt. Diese wurde auf der Messe ISE 2014 in Amsterdam vom 4. bis 6. Februar vorgeführt. Dabei hatten wir völlige Freiheit in Sachen Design nur die Logos der Sponsoren sollten in die Demo eingebunden werden. Außerdem sollten wir darauf achten, dynamische Echtzeit-Inhalte wie Statusanzeigen einzubauen, damit deutlich wird, dass es sich um eine Echtzeit-Demo handelt. Nach einigen Überlegungen kamen wir zu dem Schluss, dass sich ein Weltraum-Szenario perfekt für die Verwirklichung unserer Ideen anbieten würde und wir uns in diesem Gebiet gestalterisch frei austoben konnten. Da das Zeitfenster für die Produktion mit rund drei Wochen leider etwas eng und unsere verfügbare Manpower zu dem Die Demo wurde im Auftrag von Ventuz, Barco und Partner erstellt. Sie zeigt einige Funktionen und grafi sche Möglichkeiten, die mit der aktuellen Version von Ventuz 4 möglich sind. Mehr Infos über Ventuz unter Zeitpunkt begrenzt war, überlegten wir uns, wie wir die Umsetzung einiger Effekte durch das Programmieren eigener Tools beschleunigen konnten. Eine Idee war, in Ventuz 3D-Objekte in Einzelteile aufzulösen. Dies ist in manchen 3D-Applikationen zwar schon möglich, aber durch die 4K-Auflösung würde es zu viel Produktionszeit verschlingen und riesige Datenmengen generieren. Außerdem sind solche Effekte in vielen Programmen umständlich anzulegen und benötigen enorme Testzeiten. Wir wollten etwas Derartiges nahtlos in die Ventuz-Umgebung integrieren, um damit eigene, neue Echtzeit- Effekte zu designen, die es vorher in Ventuz so noch nicht zu sehen gab. Warum Echtzeit-3D und Ventuz? Die Firma Ventuz hatte uns gefragt, ob wir eine Echtzeit-Demo designen und erstellen könnten, um einige der neuen Features der Version 4 zu zeigen. Dies gab uns die Möglichkeit, unsere selbst programmierten Shader und Effekte einfließen lassen, die wir in den letzten Jahren speziell für Ventuz als Plug-ins entwickelt haben. Dazu gehörten unser Partikelsystem sowie das Lensflare-Tool, mit dem wir, ähnlich wie in After Effects, Lensflare-Effekte animieren und darstellen können das Ganze jedoch mit unzähligen Einstellungsmöglichkeiten, in Echtzeit und bei Bedarf 12

3 AUSGABE O5 14 PRÄSENTATION VENTUZ auch interaktiv (zum Beispiel als Reaktion auf Multitouch-Eingaben). Derzeit gibt es für uns keine Alternative zu Ventuz, da dieses Tool extra für den Bereich Echtzeit-Präsentationen erstellt wurde und ausgereift ist. Programme wie Unity, vvvv oder auch die Unreal oder Crytek Engine sind in vielen Bereichen sehr gut und haben ihre jeweiligen Vorzüge. Aber sie sind meist nicht einfach in der Bedienung oder es fehlen wichtige Grundfunktionen für interaktive Präsentationen zum Beispiel unterschiedliche Multitouch-Anbindungen, Screen-Shaping, Edge-Blending-Tools, das Einbinden von externen Daten sowie viele weitere Schnittstellen, die die Arbeit erleichtern oder das Anspielen von externen Geräten erst möglich machen. Für uns ist Ventuz die erste Wahl, wenn es um Echtzeit-Präsentationen, interaktive Events und Shows geht. Die Produktion Nachdem wir das Szenario für unsere Demo festgelegt hatten, betrieben wir etwas Research bei Bilder- und Filmdiensten und suchten uns Material von eindrucksvollen Weltraum-Szenen zusammen. Jedoch kopierten wir diese nicht, sondern ließen uns von ihnen inspirieren. Planeten mit Ringen, Kometen, Sonnen und Galaxien dienten als Vorlage und wurden analysiert. Während der konzeptionellen Phase begannen wir parallel unser neues Ventuz-Tool zu programmieren, mit dem wir die Logos, Kometen und später auch einen Planeten in Einzelteile zerbersten lassen wollten. Auch dazu betrieben wir ein wenig Recherche und überlegten uns, über welche Fähigkeiten der sogenannte Mesh Splitter verfügen sollte. Die Demo selbst sollte eine Gesamtlänge von anderthalb bis zwei Minuten haben und als Endlosschleife ablaufen. Um dies umzusetzen, erstellten wir eine durchgehende Kamerafahrt, wobei der Betrachter am Ende der Schleife wieder exakt an der Ausgangsposition ankommt. Die Kamera bewegt sich jedoch über große Distanzen, damit der Eindruck entsteht, dass es sich um Planeten und nicht um Spielzeugkugeln handelt. Jedoch sieht die Demo nach jedem Loop anders aus, da sich viele Elemente in der Timeline unterschiedlich zueinander verhalten. Zum Beispiel drehen sich die Planeten kontinuierlich um die eigene Achse. So bekommt der Zuschauer immer wieder andere Teile der Objekte zu sehen, da die einzelnen Animationen unabhängig von der Hauptanimation laufen. Das bedeutet, es laufen viele kleine unabhängige Animationen im Hintergrund ab und viele Werte ändern sich unabhängig von der Hauptzeitleiste. Außerdem werden die aktuelle Uhrzeit, das Datum und weitere Informationen dynamisch in der Statusbar dargestellt, was beim ersten Hinschauen gar nicht auffällt. Sobald wir das Konzept fertig hatten und wussten, was wir nun alles benötigten, ging es an die 3D-Arbeit. Hierfür setzten wir Soft image, Maya und Mudbox ein, um die Logos sowie die Kometen und Planeten zu erstellen. Das reine Modellieren ging zügig voran, da es sich um einfache Objekte handelte und diese auch nicht sehr detailreich sein mussten. Deutlich mehr Zeit nahmen die Texturen in Anspruch, die wichtig waren, um den Planeten ein überzeugendes Aussehen zu verleihen. Den Shader für die Oberflächen hatten wir schon vor einiger Zeit programmiert. Damit waren wir in der Lage, mehrere unterschiedliche Texturen wie Diffuse, Normal-Maps und Specularity zu verrechnen was sonst nicht direkt in Ventuz möglich ist. Diesen Shader kann man sich übrigens umsonst im Ventuz-Forum herunterladen (bit. ly/ventuzshader). Als die ersten 3D- Objekte und Texturen fertig waren, begannen wir, diese in Ventuz einzupflegen, was durch den integrierten 3D-Importer sehr komfortabel ist. Selbst Collada-Animationen lassen sich importieren und nachträglich anpassen. Die meisten Objekte wurden im *.obj-format exportiert und die Texturen im *.png-format gespeichert, um sie verlustfrei darstellen zu können. Durch die 4K-Auflösung ergaben sich hohe Anforderungen an die Texturen. Damit diese nicht unscharf wirken, mussten sie zum Teil mit bis zu Pixeln Kantenlänge erzeugt werden. Jedoch mussten wir auch auf die Performance achten, damit wir keine Nachlade-Ruckler bekamen, die eine flüssige Animation stören würden. Im Testsystem steckte übrigens ein Intel i Credits Barco 4K-Ultra-HD-Demo Glare Productions GmbH i Producer: Andreas Klasing, Ilja Naroska i Konzeption & Design: Thomas Heinrich, Sebastian M. Rouaiha i Programmierung & Tools: Sebastian M. Rouaiha, Bastian Zühlke i Ventuz-Szenen & Animationen: Thomas Heinrich i 2D- & 3D-Grafik: Christoph Mütze, Thomas Heinrich mit 32GB RAM und einer Geforce GTX 770, was uns am Ende noch etwas mehr Puffer einräumen sollte, da auf dem Messestand ein leistungsstärkerer Rechner aufgebaut wurde. Dazu aber später mehr. Nachdem wir die ersten Szenen angelegt hatten, konnten wir auch den Mesh Splitter einbinden, der nun in einer ersten Version vorlag. So merkten wir schnell, welche Dank der Performance-Anzeige im oberen Bildschirmbereich weiß man immer, ob man sich noch im grünen Bereich bewegt. Wir strebten flüssige 6O fps bei 4K an, was uns auch durchgängig gelang. Features und Parameter noch fehlten. Die Animationen wirkten noch nicht sehr dynamisch. Deshalb erweiterten wir unser Plugin um Kräfte wie Gravity und Turbulence, die uns halfen, die einzelnen Splitter natürlicher zu bewegen. Während der Programmierarbeiten konnte die Ventuz-Szene jedoch problemlos weiter mit Leben gefüllt werden der Mesh Splitter konnte später einfach durch die neue Version ersetzt werden. Das Display Ein anderer Aspekt war das HUD, welches den Betrachter mit ein paar dynamischen Informationen versorgen sollte. Hier liefen 13

4 FOKUS FILM & VFX 3D & ANIMATION INTERACTIVE DIGITAL ART SCIENCE & EDUCATION SERVICE Die einzelnen Unteranimationen wurden in der Hauptanimation zusammengebracht und die Kamerafahrt in einer langen Fahrt animiert, sodass es keine Schnitte gab. kleine Animationen ab, die den Eindruck erwecken sollten, man befände sich in einem Raumschiff. Dazu haben wir uns, basierend auf der Animation, eine Sternenkarte ausgedacht, die Informationen zu den einzelnen Planeten bietet. Die Infos dazu stammen von echten Planeten unseres Sonnensystems. Viele kleine Statusbars wurden animiert, die selbstlaufend im Loop eingebunden sind, um den visuellen Eindruck eines Cockpits zu verstärken. Dazu kamen die dynamisch ausgelesenen Koordinaten der Kamera, um die Position im Weltraum darzustellen, sowie das aktuelle Datum und die Uhrzeit, um ein Echtzeit-Gefühl zu erzeugen. Planeten-Explosion Zum Schluss der Demo wollten wir einen Planeten explodieren lassen. Auch hier versuchten wir, Material als Vorlage zu finden, was jedoch nicht so einfach war. Daher war in diesem Fall unsere Kreativität gefragt. Wir kombinierten verschiedene Techniken, um zu einem Ergebnis zu kommen, das gleichermaßen performant und visuell beeindruckend ist. Dazu setzten wir wieder den Mesh Splitter ein, nutzten aber für Teile der Explosion die Darstellungsmethode 3D-Objekte als Vertexpunkte. Außerdem erstellten wir zahlreiche Partikeleffekte, um mehr Variation in die Explosion zu bekommen. Durch das Zusammenspiel vieler kleiner Bruchstücke und einiger riesiger Brocken wurde die Animation sehr interessant und abwechslungsreich. Der Mesh Splitter Am Ende des Projekts hatten wir mit dem Mesh Splitter ein mächtiges Werkzeug, mit dem wir jede beliebige Geometrie in verschiedene Objekte zerteilen konnten von normalen Dreiecken über Polygone mit Tiefe bis hin zu beliebigen, vordefinierten Teilstücken. Über die Parameter konnten wir verschiedene Kräfte beeinflussen, anhand derer die Einzelteile dann animiert werden. Dabei können für einen beliebigen Zeitwert die jeweilige Position, Größe und Rotation bestimmt werden. So konnten wir den Verlauf des Effekts von außen bestimmen und statt Explosionen auch Aufbaueffekte erzeugen. Je nach Projekt und dessen Anforderungen werden wir dieses Tool ausarbeiten und um weitere Features erweitern. Optimierungsphase Als die gesamte Demo mit Inhalten gefüllt war, ergaben sich an manchen Stellen kleine Die Explosion des Planeten war eine große Herausforderung, da wir einige Kompromisse für die Performance bei dieser Auflösung eingehen mussten. 14

5 Je nach Bedarf konnten wir die Sternenkarte einblenden, da die Auf- und Abbauanimation eine Unteranimation war. Jedoch war dies manchmal aus Performance-Gründen nicht möglich, was aber dem Design am Ende guttat, da ansonsten die Karte vom Geschehen womöglich zu stark abgelenkt hätte. Performance-Einbrüche. Außerdem kam es durch den Einsatz einer anderen Grafikkarte im Messe-System (Quadro K5000 statt Geforce GTX770) zu leichten Problemen, die wir durch Optimierungsarbeiten schnell beheben konnten. Dazu überprüften wir nochmals die eingesetzten Texturen. Einige Objekte waren so weit von der Kamera entfernt, dass wir deren Texturen in der Auflösung reduzieren konnten, ohne dass die optische Qualität darunter litt. Hierbei unterstützte uns Ventuz mit einigen praktischen Parametern. So kann man Texturen auf eine bestimmte, ideale Größe verkleinern lassen und das Ergebnis direkt in der Szene sehen man muss also nicht jedes Mal die Textur in einem externen Grafikprogramm verändern. Außerdem hat man Einfluss auf die erzeugten und genutzten Mip-Maps. Mip-Mapping verhindert Interpolationsartefakte bei schrägen Flächen, kann aber auch zu verwaschenen Texturen führen. Die Auswahl lässt sich beeinflussen, sodass man ein optimales Ergebnis abhängig von der Szene bekommt. Auch die Anzahl der Partikel und die Größe ihrer Texturen wurden teilweise reduziert. In einigen Szenen sind mehrere Tausend Partikel sichtbar, was je nach Größe der einzelnen Elemente zu Einbrüchen bei der Performance führen kann. Der Grund dafür ist das sogenannte Overdraw. Da die Partikel teilweise transparent sind und sich gegenseitig verdecken, wird insgesamt eine deutlich größere Menge an Pixeln gezeichnet, als die Zielauflösung eigentlich enthält. Dabei wird beim Zeichnen auch immer das aktuelle Bild ausgelesen, damit die Farben miteinander verrechnet werden können. Auf diese Weise stoßen selbst aktuelle Grafikkarten schnell an die Grenzen ihrer Möglichkeiten. Dank der Echtzeit-Darstellung ist aber jede Änderung an den Parame- Durch zu viele Details und Effekte hätten wir die 6O fps nicht mehr halten können. 15

6 FOKUS FILM & VFX 3D & ANIMATION INTERACTIVE DIGITAL ART SCIENCE & EDUCATION SERVICE Hier sind die Parameter zu sehen, die wir in der Version 1.O des Mesh Splitters programmierten. Durch Kräfte wie Gravity, Forces & Velocity konnten wir in Echtzeit dynamische Animationen erstellen. tern direkt zu erkennen und wirkt sich sofort auf die Performance aus, sodass sich diese Probleme schnell beheben ließen. Zuletzt wurden noch einige der Polygon- Meshes in ihrer Auflösung reduziert. Ähnlich wie bei den Texturen kann der Detailgrad für weit entfernte Objekte reduziert werden, ohne dass die Qualität darunter leidet. Da hier oft Ventuz-Geometrien wie Kugeln benutzt wurden, reichte ein weiterer Dreh an dem richtigen Parameter und die Ergebnisse waren direkt sichtbar. Durch die reibungslose interne Planung und Hand-in-Hand-Arbeit des Teams gab es kaum Bereiche, die wir hier hätten optimieren können und wir sind mit Ergebnis trotz der etwas kurzen Produktionszeit sehr zufrieden. Das Hardware-Setup sollte man jedoch im Nachhinein nicht mehr ändern. Allgemein ist es oft sinnvoll, mit leicht angezogener Handbremse zu arbeiten, damit man später noch gewisse Performance- Reserven übrig hat. Doch wir haben uns hier extra zum Ende Zeit eingeräumt, um die Optimierungsarbeiten ohne Stress durchführen zu können. Durch das Optimieren von Texturen, Partikeln und Geometrien konnten wir die gesamte Demo mit konstanten 60 Bildern pro Sekunde in 4K Ultra HD abspielen. Sie wurde vom 4. bis 6. Februar 2014 auf der ISE 2014 (Integrated System Europe 2014) in Amsterdam mit einem neuen 4K-Ultra- HD-Projektor von Barco dem Fachpublikum vorgeführt. ei Die exportierte Szene zum Abspielen (*.vpr-datei) war am Ende um die 11O MB groß und es wurden über 8.75O Nodes in Ventuz angelegt. Thomas Heinrich arbeit seit 1986 in der Computergrafi k- und Medienbranche und begann mit Demo- und Spielgrafi ken für den C64 unter dem Label X-ample Architectures. Sein Schwerpunkt liegt hier im Design, der Erstellung von Ventuz-, 2D- & -3D-Grafi ken, Effekten, Shadern sowie Animationen und Logikabläufen. Anfang 2O14 gründete er mit Kollegen und Freunden die Firma Glare Productions GmbH, die komplette interaktive Echtzeit-Präsentationen konzeptioniert, entwickelt und produziert. 16

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