Finding Dory – The Tech of Pixar RenderMan

Sejak frame pertama Finding Dory dimulai, sudah jelas bahwa tujuan Pixar adalah membuat film ini terlihat lebih indah dari film sebelumnya tanpa harus kehilangan nuansa yang telah di bentuk dalam Finding Nemo. Tantangan yang unik ini ternyata menjadi tantangan teknis terbesar bagi Pixar Render Man.

(Finding Dory Movie Poster)

Ambisi kami dalam Finding Dory sangatlah besar. Pixar sudah melakukan transisi ke physical based shading sejak Monster University, tapi kali ini kami memutuskan untuk menggunakan teknologi RenderMan RIS secara penuh.

(RenderMan RIS on Finding Dory vs RenderMan REYES on Finding Nemo)

Beranjak dari micropolygon rendering yang menjadi sebuah titik balik Pixar 25 tahun lalu merupakan sebuah usaha yang besar. “Perubahan workflow harus terjadi, bahkan dengan artist yang berpengalaman sekalipun cukup sulit untuk memanfaatkan RenderMan RIS secara utuh” kata Paul Oakley, Lighting TD Finding Dory.

“RIS memungkinkan kita untuk mendapatkan tampilan render yang kami inginkan dengan cepat, padahal kompleksitas scene tertentu sangatlah tinggi. Kami mengerjakan shot yang belum pernah kami buat sebelumnya di studio, seperti shot kolam renang dimana saya berhasil mensimulasikan-nya sesuai dengan dunia nyata dan shot di aquarium. Saya mensimulasikan beberapa lampu LED untuk aquarium hingga saya bisa membuat volume light yang cantik. Dengan RenderMan RIS saya bisa mengerjakan lighting dengan cara yang baru”, jelas Paul Oakley.

(RIS bahkan mampu menghandle scene sekompleks ini)

Penambahan fitur baru check pointing pada RenderMan RIS sangat membantu kami dalam Finding Dory. Fitur ini mengijinkan kami untuk menghentikan rendering di waktu yang spesifik.”Hari-hari kami yang penuh perkiraan sirna sudah, sekarang kami bisa menggunakan check pointing untuk melihat overview shot yang sedang di kerjakan dua sampai tiga kali sehari, bagi saya ini merupakan penghematan waktu. Waktu untuk memoles sebuah shot menjadi bertambah” kata Paul Oakley.

(REYES vs RIS)

“Kami bisa melakukan lebih banyak hal dengan waktu yang lebih sedikit”, kata Ian Megibben, Lighting DoP di Finding Dory. “Dengan RIS kami bisa mendapatkan warna yang sangat kaya berkat sistem shader yang sangat kuat, ditambah dengan analytic lighting yang membuat semuanya lebih halus. Ini memungkinkan kita untuk fokus pada seni bukan teknologi”

“Kami datang sangat awal semenjak RIS dirilis, kami bekerja sangat dekat dengan para developer RenderMan untuk bisa mencapai hasil gambar yang kami inginkan, Kami membutuhkan beberapa layer shader dengan subsurface, refraction, specular dan RIS bisa mengolah semuanya.  Hal itu bagus untuk mendapatkan tingkat fleksibilitas. RIS memungkinkan kita untuk mengkonsolidasi alur kerja multi pass sehingga director bisa melihat hasil gambar final pada tahap pengambangan tampilan tanpa harus menebak-nebak”, ungkap Paul Oakley.

“Dengan versi RenderMan terbaru, produk ini berisi shader dan lampu yang digunakan oleh Pixar Animation Studio yakni Pixar Surface Material. Ini sebuah shading all in one yang memungkinkan penyatuan berbagai macam teknik, seperti subsurface scattering, absorbtion dan refraction. Tim development RenderMan bahkan sudah memperkaya kapasitas layering sehingga meningkatkan fleksibilitas shader ini lebih lanjut. Tools yang luar biasa ini memungkinkan para artist Pixar untuk menyelesaikan berbagai persoalan kompleks dalam Finding Dory, terlebih tools ini bisa dinikmati secara gratis oleh semua kalangan”

“Kami mulai membuat shading lain ketika kami mencoba membuat rumput laut,” kata Ian Megibben. “Kami membutuhkan sebuah shader yang bisa melakukan refraksi dan subsurface bersamaan, dan juga mampu menampilkan volume didalamnya lewat permukaan yang halus, ini merupakan perubahan yang baik untuk menghindari alur kerja multi-pass. Kami tidak lagi melihat setiap shot sebagai masalah dalam development, karena kami ada konsistensi disana”

(Salah satu scene Rumput Laut dalam Finding Dory)

Ekosistem cahaya dan shader memungkinkan artist untuk membuat pipeline rendering yang komprehensif dengan sangat mudah. Tingkat kompleksitas seperti ini tidak datang tanpa mengorbankan  para artist, karena sistem shading yang kami gunakan berbasis pencahayaan yang sesuai dengan dunia nyata.

(Ekosistem Pencahayaan yang disimulasikan oleh Pixar)

“Kami bisa mencapai hasil yang sesuai dengan concept art lebih cepat berkat RIS”, kata Paul. Di RenderMan versi 21, Pixar Surface Shader memungkinkan para pengguna membuat layer yang kompleks untuk berinteraksi dengan lighting yang kompleks juga.

Di awal mula development, sebelum produksi inti, para shading artist di pixar membutuhkan multi pass untuk membuat simulasi percikan air dan partikel airnya. Tapi setelah mereka mencoba RIS, mereka sadar bahwa mereka dapat membuat semuanya dalam satu jenis pass saja.

Dengan menggunakan RIS untuk menangani simulasi geometri air dan hanya dengan membiaskan cahaya melalui permukaan air, tim mampu mencapai hasil yang realistis. Luminance yang ada pada tetesan air tercipta berkat cahaya yang terpantul ke permukaan, sesuatu yang sangat mahal (resource) apabila dilakukan dengan teknologi sebelumnya.

(Foto Referensi (kanan) dan Hasil simulasi RIS (kiri))

Finding Dory adalah film pertama Pixar yang menggunakan fitur RenderMan Denoise, sebuah teknik yang di develop oleh Walt Disney Animation Studio dan Disney Research Zurich untuk menghilangkan noise yang dihasilkan oleh pathtrace rendering. Semakin bersih sebuah gambar, semakin banyak juga cahaya yang harus di render. Ini membutuhkan waktu rendering yang lebih lama, apa lagi di 20% gambar terakhir. Disinilah fungsi Denoiser menjadi sangat krusial, mampu menghilangkan kebutuhan waktu rendering yang lama untuk menghasilkan gambar yang indah. “Hasil-nya sangat menakjubkan”, jelas Ian Megibben. “Disaat tertentu bahkan kami tidak yakin kami punya resource yang cukup untuk menghasilkan gambar yang bersih, tapi berkat Denoise kami bisa menyelesaikan Finding Dory tepat waktu”.

Denoise sangat efektif berkat fitur RenderMan AOV (Arbitrary Output Variable). Berkat AOV, Denoise mampu membersihkan tekstur, bumps dan rambut yang kompleks dengan sangat pintar. Level presisi tools ini memungkinkan anda  untuk menjaga setiap scene yang dihasilkan tetap konsisten, tanpa harus mengorbankan kualitas shading dan tekstur. Dan yang lebih hebat lagi, kamu bisa melakukan semuanya hanya dengan satu kali klik!

(Denoise OFF (atas) Denoise ON (bawah))

Terima kaish kepada tim R&D Pixar untuk Finding Dory, sekarang Denoise bekerja dengan GPU, membebaskan beban kerja CPU dan meningkatkan waktu komputasi dengan margin yang signifikan. Teknologi ini tersedia untuk para artist pada RenderMan terbaru.

(beberapa jenis pass yang dibutuhkan untuk mengkalkulasi kebutuhan Denoise)

Tantangan lain dalam Finding Dory adalah ketika merender caustic. Caustic adalah sebuah pola yang terbentuk ketika sebuah cahaya tidak dapat tersebar pada sebuah permukaan. Contoh nyatanya ada pada bagian bawah kolam renang, dibawah sana kamu bisa melihat ratusan cahaya yang tidak dapat tersebar menjadi sebuah pola. Finding Dory menggunakan teknologi VCM terbaru yang terintergrasi (Bidirectional Pathtracing) untuk mensimulasikan Caustic. Tools ini melakukan bake pada tekstur pola caustic dan memproyeksikan tekstur tersebut kepada permukaan yang di inginkan.

(Caustic dalam Finding Dory)

Tidak harus khawatir dalam membuat caustic yang artificial merupakan sebuah penghematan waktu tersendiri dalam Finding Dory. Tim kami mempercayakan semuanya kepada RIS karena semua kalkulasinya dapat sesuai dengan pola air dan model lain yang berpartisipasi dalam volume.

“Salah satu fitur baru dalam RIS adalah physical based lenses yang memungkinkan simulasi per pixel yang sempurna. Penggunaan chromatic aberration, barrel distortion, tilt shift dan cara tradisional lain yang mahal seperti filter sudah tidak kami perlukan lagi di post produksi, sekarang kami melakukan itu semua sekaligus dalam render. “Kami tidak lagi menggunakan efek seperti itu lagi di post dan bergantung pada filter”, jelas Ian Megibben. “Faktanya, kami tidak akan mungkin dapat melakukan ini semua jika teknologi (RenderMan) ini tidak tersedia, karena noise yang dihasilkan oleh Pathtracing benar-benar jelas dan konsisten per frame-nya dan melakukan blur pada post produksi dapat menghasilkan gambar yang kurang bagus”

“Melakukan semuanya dalam render merupakan langkah bagus untuk menjaga integrasi setiap pixel”, tambah dia. Ini sangat krusial dalam membuat sequence untuk ingatan masalah Dory, dimana backgroud-nya memiliki gaya seni yang berbeda. “Shot tersebut sepenuhnya dihasilkan oleh RenderMan, dengan sedikit tambahan defocus di foreground”, kata Ian Megibben.

(Salah satu Shot masa lalu Dory dengan Background yang lebih artistik)

Berpindah ke physical renderer membuat kami belajar banyak hal. Dalam mengerjakan sequence aquarium dengan tokoh  Dory dan Hank, tim menemukan efek yang agak janggal, kami menyebutnya Critical Angle dan Total Internal Reflection.

(Critical Angle & Total Internal Reflection sebuah perilaku cahaya nyata yang menjadi masalah bagi tim)

Critical Angle adalah ketika sebuah cahaya yang terbias dalam 90 derajat, sehingga menghasilkan sebuah garis tajam antara bias reguler dan bias internal. Garis lengkungan tersebut bisa saja seperti sebuah bug, tapi nyatanya itu merupakan sebuah peristiwa yang sesuai dengan apa yang ada di dunia nyata.

Total Internal Reflection adalah sebuah ekstensi yang agak sulit dijelaskan, tapi itu adalah sesuatu yang memungkinkan kabel fiber optik untuk tidak membocorkan cahaya. Pada angle tertentu dan di medium yang memiliki index bias yang berbeda sebuah objek dapat berperilaku seperti kaca. Untuk kasus Finding Dory bisa dilihat pada saat di bagian aquarium dimana ada garis antara air dan kaca (1.33 dan 1.5 IOR) Sekali lagi, itu semua memang persis seperti di dunia nyata dan di buat dalam (RenderMan) RIS.

(Refleksi sesungguhnya (atas) Refleksi pada saat rilis (bawah))

Efek ini sangat umum kita jumpai di dunia nyata, contoh lain seperti di kabel fiber optik, dan fatamorgana di padang pasir atau jalanan yang panas (panas di udara merubah index bias cahaya pada tanah), ini juga terjadi di aquarium Dory. Aquarium tersebut memantulkan berbagai environment yang tidak diperlukan walaupun memang seperti itu nyata-nya tapi kami harus mengatur beberapa parameter-nya agar terlihat lebih indah, kata RenderMan Technical Marketing Specialist Dylan Sisson.

Untuk menyelesaikan kasus sperti ini, tim secara manual merubah IOR untuk beberapa bagian di aquarium agar para penonton tidak melihat refleksi dimana-mana, dan yang lebih penting lagi, Dory tidak perlu melihat refleksi diri-nya sendiri ketika melihat keluar aquarium.

Beberapa hal yang menarik lain dalam development RIS adalah Light Path Expression, biasa kami sebut sebagai LPE. Tools ini merupakan sebuah output untuk render pass AOV (Arbitrary Output Variables). Kami bisa mendapatkan kontrol semua lampu dan setiap tipe sinar-nya, contoh reflection, specular, caustic, dsb… memungkinkan tim lighting untuk melakukan kustomisasi tanpa batas pada setiap shot. Mereka juga mampu melakukan track pada setiap artefak yang muncul dari lampu yang tidak dinginkan.

(LPE OFF (atas) vs LPE ON (bawah))

Penggunaan LPE juga membantu kami dalam menghilangkan efek kunang-kunang yang dihasilkan dari uni-directional pathtracer. Kunang-kunang adalah sebuah pixel merah yang mengandung informasi pathtracing, biasanya terjadi karena sumber cahaya yang terlalu intens. Sumber cahaya yang terlalu tinggi menyebabkan pixel tersebut bergetar setiap frame-nya dan membentuk sebuah efek flickering pada animasi.

Tim Lighting mampu mengisolasi efek kunang-kunang ini dan mengeliminasi mereka di final render dengan mematikan beberapa lampu yang spesifik. Di RenderMan kami banyak sekali melakukan pengecekan untuk mengurangi efek kunang-kunang tersebut. Memiliki kontrol penuh terhadap pencahayaan dalam RIS membuat kami terhindar dari kesalahan – kesalahan umum yang terjadi di post produksi juga.

Kemampuan Light Path Expression (LPE) dikombinasikan dengan Output Variable (AOV) memungkinkan para artist untuk bisa mengkontrol sepenuhnya hasil render baik dalam software produksi maupun software compositing.

Tools Lighting lain yang ada dalam RIS memungkinkan lighting dan compositing artist untuk merekonstruksi pencahayaan pada post produksi dengan kontrol maksimal secara real time. Mengganti lighting balance, intensitas dan warna bisa rubah tanpa harus render ulang. Hal-hal seperti ini tentu mempercepat alur kerja kami”, kata Paul Oakley Lighting TD Finding Dory.

Tambahan lain pada RIS yakni fitur kamera VR terbaru. Para artist kami menggunakan kamera ini untuk melakukan quality control pada environment yang kami buat. Kami juga bisa melihat environment yang kami buat dalam 360 derajat, itu sangat luar biasa…

(penggunaan kamera VR dalam software tiga dimensi)

RenderMan RIS merupakan sebuah fundamental bagi hardware modern.  Tools ini sangat ekstensif dan dapat beradaptasi sangat baik dengan teknologi masa depan, baik di Pixar Animation Studios maupun di studio-studio VFX terkemuka lain-nya.

Perpindahan menuju RIS merupakan perubahan yang menyegarkan kami sebagai tim dalam Finding Dory, memungkinkan kami mencapai hasil yang lebih tinggi dari ekspektasi kami di awal. Perubahan ini tercipta oleh kemampuan engineering dan artistry yang membantu Pixar fokus kepada proses, seperti apa yang pernah John Lasseter katakan.