Wie Vast Data die Datenplattform für den umwerfenden Pixar-Film „Elemental“ geschaffen hat

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Pixar Animation Studios hat sich mit Vast Data, dem Datenplattformunternehmen für das KI-Zeitalter, zusammengetan, um die datenintensive Spielfilmproduktion seines Films Elemental voranzutreiben.

Der Film kam am 16. Juni in die US-Kinos und wurde dafür gelobt, die 3D-Visuals auf ein neues Niveau zu heben. Der Film hat weltweit rund 395 Millionen US-Dollar an Kinokassen eingenommen. Es war der 27. Film von Pixar seit 1995, und es ging erneut um die Einführung einer neuen Technologie.

Pixar, ein Geschäftsbereich von Disney, begann 2018 mit Vast zusammenzuarbeiten und nutzte die volumetrische Rendering-Technik in ihrem gefeierten Film Soul aus dem Jahr 2020. Für den nächsten Film fragte Pixar, ob Vast dreimal mehr Daten verarbeiten könne als in Soul.

Im Gegensatz zu den geometrischen Oberflächen und Materialien, die in früheren Pixar-Projekten verwendet wurden, stellten sich jedoch heraus, dass die weit verbreiteten volumetrischen Animationsmethoden, die in Elemental – dem 27. Film von Pixar – verwendet wurden, sechsmal so viel Datenvolumen und Rechenaufwand erzeugten wie die von Soul.

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Wenn in „Soul“ die animierte Figur stirbt und in die Seelenwelt aufsteigt, merkt man, dass die Erscheinung für sie eine Art Glanz ausstrahlt. Alle Lichtpartikel werden von Pixar tatsächlich in 3D auf dieser Granularitätsebene simuliert, anstatt nur ein paar Punkte zu malen. Es handelte sich nicht um traditionelle Modelle; Es handele sich vielmehr um Simulationen, sagte Eric Bermender, Leiter des Rechenzentrums und der IT-Infrastruktur bei Pixar Animation Studios.

„Es ist wichtig zu erkennen, dass es die Geschichte und die Animation sind, die unser Innovationstempo hier bei Pixar bestimmen. Wir haben einige der talentiertesten Geschichtenerzähler der Welt und sie entwickeln Konzepte, an die noch niemand gedacht hat“, sagte Bermender in einem Video. „Und so wird unser Technologiebedarf davon abhängen, was die Geschichte erfordert.“

Die Herausforderung bestand im Datei-Caching. Bermender sagte, dass es bei älteren Charakteren wie Woody und Buzz Lightyear ein Modell mit Texturen gab und es in jeder einzelnen Einstellung dasselbe Modell sei. Bei volumetrischen Zeichen handelt es sich jedoch um einen Simulator. Jeder Frame jedes Charakters ist unabhängig und unterscheidet sich von dem davor. Traditionelle Modelle würden nicht funktionieren.

„Die Animatoren begannen gerade, über einen neuen Stil der Filmproduktion namens volumetrisches Rendering zu sprechen“, sagte Jeff Denworth, Mitbegründer von Vast Data, in einem Interview mit VentureBeat. „Beim volumetrischen Rendering müssen Sie – im Gegensatz zum bloßen Erstellen einer Szene – tatsächlich die Charaktere in 3D simulieren. Es handelt sich also um eine vollständige Simulation bis fast auf die atomare oder molekulare Ebene.“

Sie können dies bereits beim Betrachten des Films erkennen, in dem die Charaktere Ember und Wade zu sehen sind, die auf der einen Seite aus Feuer und auf der anderen Seite aus Wasser bestehen.

„Für Pete war es wirklich wichtig, dass Ember aus Feuer besteht und dass sie sich, wenn sie sich bewegt, auf eine feuerähnliche Art und Weise bewegt und nicht einer strengen Skelettstruktur folgt“, sagte Sanjay Bakshi, Supervisor für visuelle Effekte, in einer Erklärung. „Wenn sie zum Beispiel nach etwas greift, kann sich ihr Arm strecken und ganz schmal werden, so wie es bei Feuer der Fall ist. Ember musste in der Lage sein, seine Form wirklich zu ändern und amorph zu sein. Während unseren Animatoren viele Werkzeuge zur Verfügung stehen, um eine Figur wie Ember wütend zu machen – von der Änderung ihrer Haltung, ihrer Augenbrauen und ihres Gesichtsausdrucks – wollten wir auch die Eigenschaften des Feuers ändern, wenn sie wütend wurde.“

Pixar sagte, dass für die Erstellung von Ember und Wade zusätzlich zu einem komplexen Hintergrund eine weitere Produktionsphase hinzugefügt wurde, um Simulationen der Charaktere in jedem Bild des Films durchzuführen. Die Filmemacher haben ihre Pipeline angepasst, um nach der Animation mehr Zeit für die Bewältigung der umfangreichen Effekte und komplexen Beleuchtungsanforderungen zu lassen.

Pixar sagte, es habe Ressourcen in den Disney Research Studios in Zürich, Schweiz, genutzt, um Ideen in technologische Innovationen umzusetzen. Laut Bakshi war es ihnen dadurch möglich, die Flammen mithilfe einer maschinellen Lerntechnik namens Volumetric Neural Style Transfer in stilisiertere Formen zu bringen. Pixar wollte, dass die Flammen um Ember echt aussehen, ohne hyperrealistisch zu sein. Das Unternehmen sagte, es gehe darum, eine Reihe von Experten – einen Brandexperten, einen Beschattungsexperten, einen Animationsexperten, einen Rigging-Experten und einen Beleuchtungsexperten – in einen Raum zu holen und so lange zu iterieren, bis es richtig sei.

Letztendlich wandte sich Pixar an ein Unternehmen, das bei weitem nicht so bekannt war – Vast Data. Sie bauten einen größeren Datencluster auf.

Denworth sagte, das Unternehmen sei Anfang 2016 mit der Idee gegründet worden, ein System zu entwickeln, das im Laufe der Zeit für Workloads mit künstlicher Intelligenz verwendet werden solle, wobei es darauf ausgelegt sei, die Infrastruktur erheblich zu vereinfachen, während Unternehmen den Weg in die KI-Zukunft beschreiten.

In den Anfängen positionierte sich das Unternehmen als Hersteller von Software für ein Flash-basiertes Speicherprodukt, das im Rechenzentrum oder künftig in der Cloud eingesetzt werden kann.

„Wir haben mit Kunden über Workloads gesprochen, die im Wesentlichen an der Schnittstelle zwischen sehr hohem Leistungsniveau, aber auch großen Datenkapazitäten lagen“, sagte Denworth. „Was wir gebaut haben, ist eine verteilte Systemarchitektur der nächsten Generation. Wir glauben, dass es sich um den ersten neuen Stil eines verteilten Datenbanksystems handelt, seit Google vor etwa 20 Jahren ein Konzept namens Google File System eingeführt hat. Und es ist ein System, das einfach für enorme Skalierbarkeit, enorme Datenverarbeitung und enorme Effizienz ausgelegt ist, sodass Sie sich Flash für alle Ihre Daten leisten können.“

Das Unternehmen hat mittlerweile einen Wert von rund 4 Milliarden US-Dollar und beschäftigt etwa 550 Mitarbeiter. Vast Data ist ein Remote-First-Unternehmen mit Sitz in New York. Es ist auch positiv für den Cashflow.

„Es ist eine seltene Mischung aus Effizienz und Wachstum, die man normalerweise in keinem Startup findet“, sagte Denworth. „Das haben wir erreicht, indem wir mit Organisationen zusammengearbeitet haben, die nur einen sehr großen Bedarf an Infrastruktur haben und daher große Schecks kürzen können.“

Um die technischen Anforderungen des Pixar-Kreativteams zu erfüllen, wandte sich Pixar an die Vast Data Platform, um die anspruchsvolle Render-Pipeline zu betreiben, die für Elemental und zukünftige Produktionen erforderlich ist.

„Als ich mich das erste Mal mit den Gründern von Vast traf, war ich überwältigt davon, dass sie nicht nur die Antworten darauf hatten, wie sie alle unsere Probleme lösen würden, sondern dass sie auch die Technik verstanden, die zur Lösung dieser Probleme erforderlich war“, so Bermender sagte. „Es war fantastisch, in den letzten vier Jahren mit enorm zusammenzuarbeiten. Die Vast-Plattform hat es uns ermöglicht, auf unserem aktuellen Animationsniveau zukünftige Animationsniveaus aufzubauen, an die noch niemand gedacht hat.“

Durch die Verschiebung von bis zu 7,3 Petabyte an Daten in einen einzigen Datenspeicher-Cluster, der über einen leistungsstarken Namespace verwaltet wird, der aus kostengünstigem Flash organisiert ist, kann Vast Echtzeitzugriff ermöglichen. Dadurch bleibt die Renderfarm von Pixar ständig ausgelastet und ermöglicht gleichzeitig eine verbesserte Beobachtbarkeit und Analyse.

„Wir mussten eine neue Lösung finden, die uns einen Hochgeschwindigkeits-Flash-Zugriff auf unsere Daten ermöglichte, und Vast hatte dieses großartige Angebot, das es uns ermöglichte, die Leistung zu erhalten, die wir brauchten, und die Kapazitäten, die wir brauchten, um dieses neue Volumen zu unterstützen.“ Pipeline“, sagte Bermender.

Darüber hinaus vereinfachte es die Zusammenarbeit und Entwicklung über mehrere gleichzeitig laufende Produktionen hinweg und legte gleichzeitig den Grundstein für die Nutzung von KI und Deep Learning für zukünftige Filme.

„Pixar ist der weltweit führende Innovator im Bereich Animation. Um weiterhin neue Geschichten, atemberaubende visuelle Umgebungen und unvergessliche Charaktere zu liefern, benötigen wir die innovativsten Technologien der Branche, die uns dabei helfen, die Vision der Animatoren zum Leben zu erwecken“, sagte Pixar Bermender, in einer Erklärung. „‚Elemental‘ ist der technisch komplexeste Film, den Pixar je gemacht hat, aber mit VAST konnten wir über unser aktuelles Animationsniveau hinausgehen und neue Techniken in Betracht ziehen, an die noch niemand zuvor gedacht hatte, weil uns die Technologie fehlte.“ Ort, um es zu unterstützen. Die Technologie von VAST hat es uns ermöglicht, die Art und Weise, wie wir Daten speichern und darauf zugreifen, zu ändern und gleichzeitig die Tür zu neuen potenziellen visuellen Pipelines zu öffnen.“

Die Rechenanforderungen für Elemental erforderten einen schnellen und gleichzeitigen Datenzugriff von Hunderttausenden Prozessoren, die in der Render-Pipeline verwendet werden. Vast lieferte selbst während der höchsten Rendering-Auslastung des Films eine schnelle, unterbrechungsfreie Leistung und benötigte gleichzeitig fast zwei Petabyte Kapazität (im Vergleich zu früheren Filmen der letzten fünf Jahre, die nur etwa 300 bis 500 Terabyte Kapazität benötigten).

Da sich verschiedene Produktionen zu jedem Zeitpunkt in unterschiedlichen Renderstadien befanden, verließ sich Pixar auf die Datenplattform von VAST, um den volumetrischen Anforderungen mehrerer gleichzeitig entwickelter Filme gerecht zu werden. Mit VAST genießen diese Pipelines die Betriebszeit, die sie benötigen, um die intensiven Filmproduktionspläne und Veröffentlichungstermine von Pixar einzuhalten.

Dank des parallelen Datenzugriffs, der hohen Leistung und der Skalierbarkeit der Vast Data Platform konnte Pixar allein in Elemental fast 150.000 volumetrische Frames rendern, von denen jedes zum einzigartigen Aussehen des Films beiträgt. Die Partnerschaft mit Vast hat Pixar auch dabei geholfen, die Grundlage für zukünftige Generationen KI-gestützter Kinematografie zu schaffen, indem es maschinelles Lernen und Deep-Learning-Trainingsmodelle für automatisierte und verbesserte Produktionsprozesse nutzt.

„Wir bei Vast sind sehr stolz darauf, mit Pixar zusammenzuarbeiten, da sie zeitlose Kinomagie schaffen, indem sie gleichzeitig die Grenzen des Geschichtenerzählens und der Technologie verschieben“, sagte Denworth. „Für ‚Elemental‘ und zukünftige Filme liefern wir eine Datenplattform, die die Animations- und Rendering-Workflows für ihre datenintensivsten und rechenintensivsten Projekte unterstützt und gleichzeitig die KI- und ML-Pipeline für die Zukunft ermöglicht, um die Ambitionen voranzutreiben von Pixar-Künstlern und den Geschichten, die sie erzählen können.“

Mit der Datenplattform von Vast sind Pixar-Projekte jetzt für die Arten der Hochgeschwindigkeits-Datenverarbeitung verfügbar, die für den Einsatz neuer Animationstechniken unter Verwendung von maschinellem Lernen und Deep-Learning-Trainingsmodellen für automatisierte und verbesserte Produktionsprozesse erforderlich sind.

„Was Sie brauchen, ist eine deutlich höhere Rechenleistung. Und mit steigendem Rechenbedarf steigt auch die Notwendigkeit, auf Daten zuzugreifen und sie zu verarbeiten“, sagte Denworth.

Zuvor nutzte Pixar für die Verarbeitung unstrukturierter Daten Systeme von Dell. Diese Systeme waren jedoch nicht skalierbar oder erschwinglich genug, um die Anforderungen von Pixar zu erfüllen.

Heute geben die größten Kunden von Vast Data Hunderte Millionen Dollar für einzelne Maschinen aus, und Vast Data arbeitet auf dieser Ebene mit mehreren Partnern zusammen.

„Skalierung ist wichtig, aber das erfordert auch, dass Kunden einen globalen Überblick über die Daten erhalten“, sagte Denworth.

Da KI immer rechenintensiver wird und überall zum Einsatz kommt, sieht Vast Data, dass seine Herausforderungen immer größer werden.

„Das ist es, worauf wir aufbauen, nämlich die Idee, dass die Maschinen im Laufe der Zeit in der Lage sein werden, ihre eigenen Entdeckungen zu verstehen und zu machen, und dass man sie dazu befähigen muss, indem man sie auf der ganzen Welt miteinander verbindet und ihnen Werkzeuge zum Katalogisieren und zur Verfügung stellt.“ Kategorisieren Sie Daten und öffnen Sie dann den Zugriff auf Daten, damit sie alles verarbeiten können, was sie tun müssen“, sagte Denworth.

Ob dieser Tag kommt oder nicht, Denworth sagte, dass die Welt viele Daten benötigen werde.

Man kann darauf wetten, dass Pixar-Filme in Zukunft noch komplexer werden.

„Bei Feuer und Wasser wird es wirklich schwierig, etwas zu rendern“, sagte Denworth. „Was die Optik betrifft, waren alle Kritiken sehr positiv. Es ist einer der atemberaubendsten Filme, die Pixar je gemacht hat.“

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