Nexus Digital Studios, Motion Analysis Studios y los gráficos Quadro FX de NVIDIA

Para el documental Xtreme Martial Arts realizado para Discovery Channel, los estudios encargados de escanear y capturar los movimientos de los personajes utilizaron los gráficos Quadro FX 3000 de NVIDIA para crear figuras humanas digitalizadas donde podía verse hasta el último detalle del movimiento de sus esqueletos.

Los efectos especiales generados por ordenador ¿de verdad se generan con el ordenador? No del todo. Los realizadores de películas y juegos siempre han utilizado el elemento humano y contado con la ayuda de artistas para crear imágenes más impactantes. Los artistas digitales de la actualidad utilizan tecnologías de exploración por láser y captura del movimiento para introducir imágenes de personas, animales, propiedades y objetos que parezcan verosímiles en el mundo 3D. Incluso en el sector industrial, los ingenieros buscan formas eficaces y precisas de animar objetos del universo real dentro de entornos digitalizados.

Dos de las empresas más importantes en el ámbito de las tecnologías de exploración y captura del movimiento son Nexus Digital Studios y Motion Analysis Studios (MAS). Ambas suelen prestar sus servicios a los estudios de cine y utilizan exclusivamente las soluciones profesionales Quadro® FX de NVIDIA porque sólo ellas les dan la capacidad necesaria para capturar hasta el último detalle del movimiento y obtener una calidad apta para las películas.

En particular, la tecnología NVIDIA empleada por Nexus y MAS ha sido esencial para programas de TV de alto nivel técnico como el documentalXtreme Martial Arts (XMA) realizado para Discovery Channel. Una tecnología que ha jugado un papel esencial en la realización de filmes tan conocidos como Matrix, El Señor de los anillos, Spider-Man y X-Men. y que los diseñadores de videojuegos también emplean para obtener efectos especiales de gran impacto en juegos comoNHL Hockey de ESPN y NCAA Basketball de Sega.


Objetivo del proyecto: Discovery Channel
Para el documental XMA, los estudios recibieron el encargo de crear modelos 3D que reprodujeran secuencias de lucha ejecutadas por auténticos especialistas en artes marciales. Imposibles de percibir y analizar a simple vista, los segmentos generados por ordenador muestran los movimientos complejos a cámara lenta y permiten examinar con detalle cada movimiento del cuerpo y las fuerzas que lo impulsan.

Los productores de XMA, BASE Productions, Inc., habían trabajado en proyectos de gran envergadura con elementos similares (películas, documentales, programas sobre deportes), pero nunca en uno que combinase todos estos factores con semejante nivel de sofisticación. El objetivo era doble: proporcionar imágenes realistas del cuerpo humano en movimiento como nunca se había hecho y hacerlo con gran precisión, generando datos biomecánicos que pudieran ser analizados por científicos y animadores. Para alcanzar ambos objetivos, los responsables del proyecto necesitaban la potencia gráfica de las soluciones Quadro FX de NVIDIA.

En esta secuencia de XMA, los pies de uno de los luchadores virtuales entra en el tórax de otro con la misma profundidad que una patada impactaría en el tórax de un luchador real.

Para crear un modelo virtual verosímil, cada luchador de XMA se introdujo en el escáner de Nexus Digital Studios para reproducir la imagen de su cuerpo en 3D. Aunque los datos escaneados incluían cientos de miles de polígonos, la tarjeta Quadro FX 3000 de NVIDIA creó con facilidad una imagen 3D del luchador en tiempo real. A continuación se crearon esqueletos animados con movimientos biomecánicos reales que se adaptaron al tamaño de los cuerpos escaneados. A medida que los luchadores se enfrentaban, Motional Analysis Studios (MAS) utilizaba cámaras de digitalización para capturar la sutileza y precisión de sus movimientos acrobáticos y, en ocasiones, letales. El equipo de MAS colocó en los luchadores dispositivos sensibles a los movimientos biomecánicos para capturar el sofisticado movimiento de sus músculos y sus armas: sables, cuchillos, una cuerda con dardo e incluso un abanico de hierro. Los técnicos utilizaron los datos recogidos y los gráficos Quadro FX 3000 para dar vida a los cuerpos escaneados dotándolos de movimientos naturales.

El proyecto superó las mejores expectativas de los productores. En palabras del productor ejecutivo de BASE, Mickey Stern, "La combinación de secuencias de acción en vivo, unos gráficos espectaculares y la precisión biomecánica de la animación conseguida en XMA redefine la forma en que observamos el movimiento humano y lo trasladamos a la pantalla. Su valor como espectáculo es evidente y su valor para el estudio científico ilimitado. Los luchadores de artes marciales fuerzan sus cuerpos hasta límites sobrehumanos y sólo los gráficos Quadro eran capaces de medir e ilustrar ese movimiento hasta el nivel de los huesos y los músculos. La tecnología de NVIDIA hizo posible la creación de los efectos especiales y nos permitió llevar la potencia gráfica de Hollywood a una producción de TV".

Como puede verse en esta imagen, los espectadores de XMA perciben mejor la velocidad, la aceleración y la potencia letal de la patada del luchador a través de la tecnología de captura de movimientos.

El mundo en digital
La estrecha colaboración entre Nexus y MAS, dos compañías que comparten sede en Culver City (California), nace de la naturaleza de su actividad. A menudo sus clientes les encargan que capturen la forma y apariencia de un objeto en reposo y luego digitalicen los movimientos que le darán vida.

Nexus Digital Studios: digitalización de objetos, animales y elementos con alto realismo y alta resolución
"Un proyecto típico empieza con un escáner" explica Domi Piturro, Director de estudio de Nexus. "Un láser 3D dispara un haz de rayos de baja intensidad sobre un objeto. La superficie se explora con el láser y otras cámaras interpolan el perfil 3D. Los datos recopilados se introducen en una estación de trabajo con gráficos Quadro FX 3000 y se genera una imagen 3D en tiempo real. Los láseres son increíblemente precisos y pueden capturar el nivel de detalle necesario para crear un modelo digital de aspecto orgánico y natural. Hace diez años, trabajar con esta cantidad de datos de alta precisión era impracticable. En la actualidad, los avances del software y el hardware, especialmente la capacidad de Quadro FX 3000 para dibujar más de cien millones de triángulos en un segundo, han provocado el predominio de esta tecnología en las aplicaciones industriales y de entretenimiento. Si una empresa necesita un objeto que parezca real o necesita capturar la imagen de una persona, nos encarga que hagamos una exploración con láser. Con un canal gráfico de 128 bits en operaciones de coma flotante, las placas Quadro FX nos dan lo máximo en calidad visual y realismo. Si esa empresa se limita a generar la imagen 100 % por ordenador, el resultado será un muñeco de aspecto digital que conseguirá dar la imagen de una persona real".

Nexus Digital Studios escanea el cuerpo de un luchador de artes marciales de XMA. Los ingenieros del estudio aprovechan el alto rendimiento de los gráficos Quadro FX 3000 de NVIDIA para manejar el elevado número de polígonos necesarios para digitalizar cada detalle del cuerpo escaneado.

Nexus escanea elementos de muy diversa índole: automóviles para anuncios publicitarios, atletas para videojuegos y actores para secuencias de películas generadas por ordenador o para crear escenas digitales donde aparezcan multitud de personas.

Motion Analysis Studios ha digitalizado el movimiento de perros, gatos, elefantes y equipos completos de atletas. En concreto, para un anuncio de fútbol reciente, crearon el escenario de captura de movimiento más grande del mundo.

Para digitalizar el movimiento, MAS marca un objeto o una persona con reflectores. Cuando el objeto o la persona realiza sus movimientos en el escenario, las cámaras de digitalización captan una secuencia de imágenes a partir de los marcadores reflectores del objeto. Con esos datos, los técnicos pueden imprimir movimientos naturales a las mallas de los modelos y luego manejar a los personajes digitalizados dentro de un paquete de animación o un entorno virtual. Para los personajes y animaciones de las películas, los modelos escaneados por Nexus se transforman en seres de aspecto real gracias al trabajo de MAS y los gráficos Quadro FX 3000 de NVIDIA.

"Capturamos cualquier cosa sobre la que puedas poner un marcador" afirma Scott Gagain de MAS. "Captamos la sutileza de los movimientos a la perfección de forma que, cuando manejamos los personajes escaneados por Nexus, los movimientos de la persona real encajan en los personajes digitales y los convierten en algo prácticamente real con la ayuda de los gráficos Quadro. Eso es lo que hace nuestro estudio: dar vida a las cosas, y la tecnología de NVIDIA es fundamental para hacerlo posible".

Los luchadores de XMA se cubren con trajes reflectores especialmente configurados para enviar datos biomecánicos de movimientos musculares a un sistema equipado con gráficos Quadro FX 3000.

Simplificación de la producción cinematográfica: controladores gráficos NVIDIA, colaboración entre NVIDIA y los estudios, y el espectacular rendimiento de Quadro FX
Los equipos de Nexus y MAS confían exclusivamente en las soluciones Quadro FX de NVIDIA como complemento a sus soluciones de exploración y captura de movimiento. Algunos ingenieros de Nexus trabajan con estaciones de trabajo dotadas de gráficos Quadro FX 3000s de alto rendimiento para manejar el elevado número de polígonos necesarios para escanear objetos complejos o de grandes dimensiones, o bien digitalizar el cuerpo y la cara de las personas. Para otras tareas puede bastar un PC básico equipado con una tarjeta de gama baja como el modelo Quadro FX 500.

Domi Piturro y Scott Gagain están de acuerdo en afirmar que las soluciones Quadro FX de NVIDIA simplifican la tarea de gestionar diferentes plataformas. Según explica Piturro, "Hemos podido ocupar el tiempo en hacer nuestro trabajo en lugar de tener que pasar horas averiguando qué controlador tenemos que usar y cómo hacerlo funcionar en una determinada plataforma. La arquitectura de controladores UDA de NVIDIA (Unified Driver Architecture) simplifica todo el trabajo. Basta descargar la última versión de los controladores del sitio web de la compañía y sé que van a funcionar en cualquier plataforma, con independencia de la tarjeta NVIDIA que tenga instalada. En el lado de la producción, sólo tenemos que integrar una versión de los controladores NVIDIA en los sistemas para que funcionen con todas las combinaciones posibles de plataforma y gráficos".

Un luchador de XMA clava el extremo de un arma en el torso de otro luchador. La herida causada se ilustra a través de una técnica de animación de rayos x aplicada al torso del luchador real. Esto crea la ilusión de que los huesos y el tejido de la animación pertenecen al personaje.

Los equipos de Nexus y MAS disfrutan de una estrecha relación de colaboración con los equipos de desarrollo de NVIDIA. El continuo intercambio de información entre los estudios y NVIDIA ha dado buenos frutos para ambas partes. Los profesionales de Nexus y MAS adquieren información completa sobre el hardware y el software Quadro, y NVIDIA obtiene una visión completa de las aplicaciones que utilizan los estudios, cuyos altos requisitos finalmente conducen a mejoras en la tecnología NVIDIA. "Los ingenieros de NVIDIA llegan, ven el trabajo que realizamos y ven en primera persona cuáles son nuestras necesidades. Ha habido mucho intercambio de conocimientos técnicos que ha resultado muy útil", señala Domi Piturro.

Al margen de estos importantes beneficios, la principal razón por la que Nexus y MAS confían en las soluciones Quadro FX es su capacidad y rendimiento. Por ejemplo, ambos estudios dan un alto valor a los 27,2 GB/segundo de ancho de banda que proporciona Quadro FX 3000 para manejar texturas de gran tamaño a alta resolución y con antialiasing en pantalla completa. Para las operaciones de escaneo, la solución de NVIDIA puede absorber enormes cantidades de datos en tiempo real con un nivel de precisión que garantiza resultados de alta calidad. Dado que la mayor parte de su trabajo se produce para transmisiones a TV de alta definición, los 256 MB de memoria de gráficos de Quadro FX 3000 son perfectos para producir imágenes de alta resolución.

Los gráficos Quadro FX dan a los realizadores de XMA la capacidad que necesitan para combinar acción real y secuencias animadas. Los estudios mezclaron personajes humanos escaneados con datos de captura de movimiento y trasladaron esos personajes 3D a película digitalizada de 35 mm.

MAS necesita además el máximo rendimiento de renderizado de gráficos. Según explica Jeff Swenty, "Cuando hicimos la demostración de un personaje de Buffy cazavampiros utilizando una Quadro FX 3000, nos convertimos en la atracción del año en SIGGRAPH. Teníamos el modelo de una criatura de 200.000 polígonos con un mapa de texturas de 4.000 por 4.000 que se movía continuamente en tiempo real. La gente quedaba boquiabierta cuando veía que podíamos mover al personaje, las luces y la cámara. Fue impresionante".

Los gráficos Quadro FX dan a los realizadores de XMA la capacidad que necesitan para conseguir todos sus objetivos. Por ejemplo, sus clientes suelen combinar un modelo escaneado y captura de movimiento para luego trasladar el personaje digitalizado a película digitalizada de 35 mm. "Tienes un flujo de datos de captura de movimiento y una malla 3D o, si se encuentra en la fase final, un modelo renderizado. Luego tienes película de 35 mm filmando en segundo plano, de forma que puedes insertar el personaje en la secuencia de la película. Pues bien, necesitarás una enorme capacidad gráfica para manejar semejante flujo de datos. Esos datos atascarían cualquier otra plataforma gráfica que no fuese la de las placas Quadro FX que utilizamos", asegura Jeff Swenty".


Eliminar las fronteras entre realidad y mundo digital

Los espectadores pueden ver la velocidad, el ángulo y el golpe letal de la pierna del luchador a través de la tecnología de captura de movimiento reflejada en esta imagen de XMA.

Nexus y MAS comparten el objetivo de suministrar a sus clientes imágenes de calidad cinematográfica. Las palabras de Domi Piturro resumen su visión de futuro: "Cuanto más suba NVIDIA el listón de los gráficos, más podremos conseguir. Puedo imaginar un día en el que nuestros hijos no se sentarán a ver los dibujos animados del sábado, si no que entrarán en las imágenes y participarán en ellas. Cuanto más interactivos sean los gráficos, más gente participará en ellos en lugar de permanecer como meros espectadores. Y esto vale también para los adultos. Todos vamos en esa dirección y esta es la razón por la que trabajamos con NVIDIA; sabemos hacia dónde va y ése es el rumbo que están tomando todas las cosas".

Para obtener más información sobre las soluciones Quadro de NVIDIA, visite: http://es.nvidia.com/page/quadro.html.

Para obtener más información sobre Nexus Digital Studios, visite: http://www.nexusdigitalstudios.com.

Para obtener más información sobre Motion Analysis Studios, visite: http://www.mastudios.com.

Puede ver los videoclips de XAM en: http://media.dsc.discovery.com/convergence/xma/video/video.html.

XMA es una producción de BASE Productions, Inc. para Discovery Channel dirigida por John Brenkus.