MachStudio Pro: el render a máxima velocidad

En los últimos tiempos se habla bastante de GPU, acrónimo por Graphics Processing Units, o unidad de procesamiento gráfico como se lo suele traducir al español. Mientras que normalmente los algoritmos y programas de render utilizan la CPU es decir el o los procesadores principales de la computadora, el software GPU procesa de manera exclusiva los gráficos y libera a la CPU para que realice otras tareas. Si bien conceptualmente una GPU no podría, en principio, reemplazar a una CPU, la realidad es que en la actualidad se cuenta con GPUs de alto rendimiento que se especializan por ejemplo en procesar los gráficos 3D; por otra parte resulta prácticamente imposible aventurarse y prever qué nos deparará el futuro en lo que se refiere a GPUs y CPUs.

Render interactivo en tiempo real

En el caso que nos ocupa, MachStudio Pro, una solución innovadora de la firma StudioGPU, propone un render interactivo en tiempo real, uno de los objetivos principales a lo que ha apuntado la industria de CG en los últimos años. MachStudio Pro ha sido utilizado para producciones tales como Princess Twins of Legendale, Livin’ It Up with the Bratz, PlayMobil™: The Secret of Skull Island  y otras.

Render de prueba con resolución 2K para un modelo de 1.98 millones de polígonos con oclusión ambiental. El tiempo de render promedio por cuadro es menor a dos segundos.

Considerando la complejidad que presenta un proyecto que involucra gráficos por computadoras en 3D, cualquier mejora en cualquiera o cualesquiera de los procesos beneficiará seguramente al artista. Tanto arquitectos, como diseñadores de productos de consumo o animadores, suelen ser los primeros en adoptar tecnologías de alta performance. Consideremos cualquier producción mínima de animación o de render estático de alta calidad y seguramente nos encontraremos frente a procesos de modelado, desarrollo y aplicación de texturas, animación, partículas y efectos especiales, dirección de cámara, iluminación y render propiamente dicho. Los cuellos de botella en los procesos de render a menudo tienden a influir negativamente en la creatividad de los artistas; dicho de otro modo, el artista limita su proceso creativo porque lo ajusta a tiempos de procesamiento, entonces reduce efectos, luces, sombras, realismo y calidad solamente por cumplir con el objetivo de entregar el trabajo a tiempo luego de un proceso que además, seguramente deberá volver a realizar.

Lo interesante es que en la historia del render, desde el render tipo scanline hasta el render raytrace, pasando por procesos en equipos de escritorio o granjas de render, que involucran diseños con radiosity, iluminación global y otros, los cálculos del proceso eran llevados adelante por las CPUs.

GPUs vs. CPUs

Está visto que ahora las GPUs de muchas placas de video presentan incluso una mayor complejidad que las CPUs con la ventaja que muchas de ellas se las diseña específicamente para procesos especializados de 3D. De este modo StudioGPU, a través de su software MachStudio Pro, propone un laboratorio o estudio virtual en el que los artistas pueden importar los modelos y las animaciones y realizar el render en una workstation de alta performance para la cual se ha instalado una placa AMD high end usualmente provista con el mismo software. Precisamente, StudioGPU firmó un acuerdo con AMD para entregar su software MachStudio Pro con su placa gráfica más poderosa; inicialmente fue una Fire GL V8650 2GB GDDR4 , pero luego ésta fue reemplazada por una FirePro V8750 2GB GDDR5, ambas productos de alta gama.  De hecho, resulta importante consignar que MachStudio Pro no funciona con cualquier GPU, si bien se tienen noticias de pruebas exitosas con placas tales como Quadro FX 4800 SDI, Quadro FX 4600, GeForce GTX 285 2GB, Radeon 3870 1GB, Radeon 4870 1GB, PowerColor Radeon 5870, FireGL V8650 1GB y FirePro V7750 1GB entre otras.

El resultado es que los tiempos de render caen a una fracción de lo que serían si se realizaran con procesos basados únicamente en las CPUs de la workstation.

MachStudio Pro

En sí, el programa es bien simple, lo cual es bastante razonable dado que el software realiza sólo pocas operaciones a nivel de interfase con el usuario.  Así la interfase es clara y no intimida al novato si se la compara con programas de modelado 3D tales como Maya o 3ds Max. 

MachStudio Pro permite render en tiempo real no sólo de modelos fotorrealistas sino de producciones 3D orientadas a animación computada. Cuenta con una amplia variedad de shaders.

A la izquierda se ubica el administrador de la escena en el cual se listan todos los objetos importados, así como también cámaras, luces, ambiente, layers personalizados, efectos de niebla y oclusión ambiental. Cualquier objeto puede ser expandido accediendo a su panel de propiedades.  StudioGPU afirma que MachStudio Pro modifica la forma de trabajar ya que no serían necesarias las granjas de render dentro de un ciclo normal de producción. El artista puede entonces focalizarse en su trabajo incluyendo iluminación compleja, cámaras, shaders, materiales, oclusión ambiental, degradés, etc.  Los tiempos de render que usualmente pueden ser de horas o días se reducen a minutos o segundos. La mejora en el tiempo de render suele ubicarse en 500 veces y hasta 900 veces más rápido.

Interfase de MachStudio Pro: a la izquierda el administrador de objetos y preferencias de render. Debajo, el editor de animación. A la derecha, las propiedades del objeto y las propiedades del driver.

El software está desarrollado sobre la tecnología de Microsoft Windows DirectX y no requiere drivers especiales ni extensiones de API. Incluso va más allá de las aplicaciones de base conectándose directamente a través de un plugin que se instala en programas tales como Maya, 3ds Max, Rhino, ArchiCAD o SketchUp Pro, Revit, Softimage y Solidworks y está previsto también para Catia o importando archivos FBX. Cuando el diseñador incorpora a MachStudio Pro la escena, es decir los modelos, animaciones, materiales y demás, luego cada uno de estos podrá ser manipulado independientemente. Luego, el render puede generarse en formatos tales como MOV, DDS, AVI, PPM, BMP, DIB, JPG, HDR, TGA, PFM, PNG y EXR.

El editor de materiales presenta una estructura simple y recuerda a 3ds Max, con ajustes en modo de controles deslizantes y la posibilidad de agregar mapas. Si bien esta estructura de editor de materiales parece limitada, permite lograr los efectos deseados; de todos modos es de esperar que StudioGPU introduzca modificaciones en próximas versiones.

Se dispone de shaders básicos tales como Phong y Blinn y de otros más avanzados tales como Cartoon, shaders de reflexión variable y simulación de pintura de automóvil. Los shaders provistos pueden ser ajustados en todos sus parámetros a nivel de cada cuadro. Por ejemplo, si se selecciona un shader de tipo Blinn, se pueden ajustar la suavidad y las reflexiones especulares o el índice de refracción, y por supuesto, ajustar estos parámetros a través de keyframes a lo largo de la animación.

En el caso de iluminación,  MachStudio Pro posee luz ambiental, luces puntuales y proyectores; estas últimas pueden proyectar imágenes bitmap y proyectar sombras con excelentes resultados. Cada luz puede tener sus propios ajustes, tales como color, suavidad y bias.

En el caso de ambiente y cámara, MachStudio Pro posee efectos tales como Bloom que permite generar algo así como un halo de luz alrededor, por ejemplo, de un personaje, niebla, oclusión ambiental y efectos de profundidad de campo.

Por otra parte, MachStudio Pro utiliza una aproximación a los layers de Photoshop, si bien en tres dimensiones. Supongamos que se deba ajustar un destello sobre la piel de un personaje. Como el software maneja composiciones, simplemente se pueden ajustar los parámetros del layer con valores estáticos o animados y la composición reflejará estos cambios.

Impacto en render de arquitectura

Plugin para exportar a MachStudio Pro desde modeladores de 3D. También puede recibir los objetos exportando desde la aplicación base en formato FBX

El render de arquitectura a menudo presenta aspectos complejos. Cualquiera sea el modelo, normalmente habrá que pasar por una serie de pasos o etapas discretas que pueden superar fácilmente el número de 40. Para facilitar la comprensión del lector acostumbrado al render de arquitectura, consideramos pasos a, por ejemplo, ubicar luces, corregir sombras, ajustar shaders, render, ajuste de luces, nuevo render, etc. Con la manera de trabajo de MachStudio Pro estos pasos caen fácilmente por lo menos hasta la mitad. Como a su vez los render llevan mucho menos tiempo, se puede decir que los resultados para imágenes de arquitectura se obtienen en un 25% del tiempo y con mayor calidad.