NVIDIA Quadro 사례 연구: ILM과 “라스트 에어벤더”

 
 
인더스트리얼 라이트 앤드 매직(ILM)과 NVIDIA Quadro.
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이미지 제공: Paramount Pictures Corporation

ILM(Industrial Light & Magic)은 엔터테인먼트 업계의 디지털 요구사항을 충족시켜주고 있는 Lucasfilm Ltd.의 계열사입니다. 1975년부터 ILM은 뛰어난 포스트 프로덕션 시각 효과 서비스를 제공해오고 있습니다. 모델 제작, 매트 페인팅, 컴퓨터 제작 이미지, 디지털 애니메이션 및 시각 효과 제작에 필요한 다양한 관련 프로세스 등과 관련해서 ILM이 보유한 놀라운 기술력은 영화, 광고, 트레일러, 뮤직 비디오 및 특수 장소 프로젝트 등의 부문에서 활용되고 있습니다. ILM이 디지털 이미지 제작용으로 개발한 혁신적 소프트웨어는 업계 전반에서 공유되고 있으며 타회사들과 소프트웨어 제조업체에서 채택하고 있습니다. ILM은 업계에서 유명한 영화 제작사와 함께 주기적으로 컨셉 테스트 교정 작업을 실시하고 있으며 'Oscars for Best Visual Effects' 어워드를 15차례나 수상했고 영화예술과학아카데미로부터 'Technical Achievement' 어워드를 23번이나 수상했습니다.

ILM은 최근 2010년 7월 극장에서 개봉되는 M. 나이트 샤말란 감독의 최신작인 Paramount Pictures의 "The Last Airbender"에 들어갈 485개의 시각 효과 장면을 제작하는 프로젝트에 참여했습니다. 이 영화에서는 등장 인물들이 불, 공기, 물 및 흙과 같은 요소들을 다룰 수 있는 능력을 가지고 있으며 이러한 요소를 전장에서 무기로 사용하는 극적인 장면이 펼쳐집니다. 거대한 불덩어리, 낭떠러지, 물줄기 및 강력한 돌풍 등은 모두 ILM이 제작한 디지털 시뮬레이션입니다.

물 등의 유체와 불의 시뮬레이션은 일반적으로 제작하기가 매우 복잡하여 알고리즘과 유체 솔버의 작동 방식에 대한 세부 사항을 완전하게 이해하고 있는 시각 효과 아티스트 또는 감독의 노련한 지식이 필요합니다. 또한, 기존의 CPU 기반 렌더링 팜에서는 시각 효과의 반복적 프로세스가 매우 시간 소모적이기 때문에 시간이 촉박한 영화 제작의 환경적 현실상 창의성을 제한하는 요인으로 작용합니다.

ILM의 시각 효과 마스터는 "The Last Airbender"를 위한 시각 효과 시뮬레이션을 더 적은 시간에 보다 쉽게 제작하여 정해진 제작 기한 내에 영화 감독에게 제시할 보다 다양한 작업 결과물을 만들어낼 수 있는 유연성을 원했습니다.

"The Last Airbender"용으로 제작된 다양한 시퀀스의 빠른 워크플로 진행과 반복 작업을 위해 ILM은 Plume이라고 하는 자체 도구를 개발했습니다. 유체 시뮬레이션 시스템 겸 GPU 기반 렌더러인 Plume은 NVIDIA CUDA™ 병렬 컴퓨팅 아키텍처를 사용하여 제작되었습니다. ILM은 Plume을 통해 NVIDIA Quadro FX 5800 전문 그래픽 카드의 강력한 처리 능력을 활용하는 12시스템 GPU 기반 렌더 팜에서 시뮬레이션 렌더링 작업을 실행함으로써 극적인 속도 향상을 실현할 수 있었습니다.

ILM의 NVIDIA CUDA 기반 Plume 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션을 NVIDIA Quadro GPU에서 최종 프레임 렌더링이 가능하도록 했습니다. Plume은 처음에 유체 시뮬레이션의 렌더링을 위해서만 개발되었지만 컴퓨터 제작(CG) 동적 에어 벤딩, 오션 미스트 및 제어된 구름 벤딩 동작을 제작하는 데도 도움이 될 정도로 유연하다는 것이 입증되었습니다. "The Last Airbender"에서 가장 어려웠던 장면 중 하나는 이 영화의 메인 캐릭터인 Aang(노아 링어 분)이 줄지어 날라오는 불을 막아내면서 불덩어리와 모래 알갱이를 사방으로 퍼트리는 강력한 돌풍에 맞서는 장면입니다. 이 장면은 세심하게 연출된 공기 흐름과 불을 서로 상호 작용시킨 두 개의 Plume 시뮬레이션으로 만들어낸 멋진 장면이다.

ILM은 개발 프로세스가 단순화된다는 점 때문에 Open GL 대신 NVIDIA CUDA를 사용하여 GPU 가속 유체 솔버를 제작하기로 선택했습니다. ILM의 R&D 엔지니어인 Olivier Maury는 "CUDA를 사용하면 코딩하기가 무척이나 쉽습니다. Plume을 개발하기 위해 기본적으로 원하는 표현들을 실행할 가상 시스템을 제작해야 했습니다. 이는 만만한 작업이 아니었는데, CUDA에서 이 코드를 작성한 결과 Open GL에서 작성했을 때와 비교하여 보다 빠르고 유연하게 작업할 수 있었고 필요한 코드 라인 수도 줄일 수 있었습니다."라고 말했습니다.

ILM이 "The Last Airbender"에서 주로 사용했던 도구들로는 렌더링을 위한 mental ray와 Pixar Renderman, 애니메이션을 위한 Autodesk Maya, 합성을 위한 The Foundry의 Nuke, CG와 효과 제작을 위한 고유 도구인 Zeno와 Saber 등이 있습니다.

ILM은 "The Last Airbender"의 사례에서도 알 수 있듯이 더욱 복잡한 시각 효과를 보다 빠르고 쉽게 제작할 수 있다는 목표를 달성했을 뿐만 아니라, 향후 제작 워크플로우에서 NVIDIA CUDA 및 Quadro 전문 GPU의 강력한 처리 능력을 활용할 수 있는 가능성이 열려있음을 발견했습니다.

ILM 시각 효과 조감독인 Craig Hammack는 "Plume은 NVIDIA GPU를 통해 가속화되어 기술적 지식뿐만이 아니라 아티스트의 시각에 더욱 크게 의존하는 상호 작용이 뛰어난 도구를 제공합니다. 시뮬레이션을 세부적으로 표현하기 위해 유체 솔버가 어떻게 작동하는지에 대해 속속들이 이해하거나 근본이 되는 알고리즘을 알 필요가 없습니다."라고 설명했습니다.

Maury는 "고급 시각 효과의 다른 부분들과 마찬가지로 반복적 실행이 필수적입니다. 아티스트는 장면이 어떻게 표현되는지에 대해 통제할 수 있는 능력을 가져야 하며 이는 감독의 의도를 올바로 전달하기 위해 매우 중요합니다. NVIDIA GPU 기반 프레임워크에서 작업함으로써 복잡한 불, 더스트 및 에어 시뮬레이션을 하루에 최대 8개까지 제작하여 볼 수 있었습니다. 이는 엄청난 성능인데, 밤새 렌더링을 돌려야 하고 고작 하루에 약 1개꼴로 작업 결과물을 얻을 수 있었던 CPU 기반 시뮬레이션에 비해 10-15배의 속도 개선을 의미합니다."라고 덧붙였습니다.

Hammack는 "사실적인 불은 CG에서 생생하게 제작하기가 가장 까다로운 요소 중 하나입니다. 개인적으로 GPU 기반 유체 솔버는 'The Last Airbender'에 이용된 제작 파이프라인에서 가장 중요한 기술적 개가였다고 생각합니다. 처음 일을 시작할 당시에는 캐릭터가 도구 중 하나로 다루는 불덩어리는 말할 것도 없고 혼자서 사실적인 CG 불덩어리를 이렇게 대량으로 제작해야 해야만 한다는 생각에 무척 두려웠습니다. Plume은 기술적인 면보다 창의성에 역점을 두고 장면에 대해 생각할 수 있을 정도로 빠르게 결과물을 제공해주었다는 점에서 고도의 기술적 발전이었습니다."라고 밝혔습니다.

Maury는 "CUDA와 NVIDIA GPU를 이용하게 되면서 복잡한 시각 효과 문제를 해결하는 접근 방식이 완전히 달라졌습니다. 앞으로도 GPU 코어를 이용한 시간 절약의 이점을 더욱 적극적으로 활용하기 위해 CUDA를 이용한 개발 노력을 이어갈 것입니다."라고 향후 방향에 대해 밝혔었습니다.

ILM은 향후 프로젝트의 파이프라인에서 NVIDIA CUDA 기반 도구를 추가로 도입할 계획이며 시각 효과 워크플로에 Quadro GPU 가속 렌더링을 구현할 수 있는 새로운 방법도 지속적으로 모색하고 있습니다.