На GTC 2013 показывали не только очень серьёзные вещи, вроде GRID VCA или планов компании NVIDIA на ближайшие годы. В рамках своего выступления Дженсен Хуанг почти всегда показывает новые демонстрационные программы, показывающие возможности графических процессоров NVIDIA. Естественно, что речь зашла о новых возможностях самого мощного графического решения GeForce GTX Titan, на которых основан и быстрейший в мире суперкомпьютер Titan Окриджской национальной лаборатории.
Нет, тигра на снимке в реальном времени рендерить ещё не научились, он из фильма «Жизнь Пи», в создании визуальных эффектов к которому участвовали графические процессоры компании NVIDIA. Но в реальном времени Titan умеет запускать симуляцию водной поверхности океана с волнами разного размера по шкале Бофорта (Real-Time Beaufort-Scale Ocean Simulation). Демонстрационная программа имитирует волны визуально правдоподобно и физически реалистично.
Сначала Дженсен рассказал и показал, как симуляции поверхности океана в реальном времени выглядели до сих пор — волны реалистичные, но они все примерно одинаковые и повторяющиеся, а также нет имитации брызг и пены и поверхность не взаимодействует с имитируемым ветром.
После этого публике было показано усиление ветра и шторма в современной демо-программе компании NVIDIA. При усилении ветра, волны взаимодействуют с ним и видоизменяются, становясь всё сильнее. Появляется пена на поверхности воды и брызги от волн, а дым от силовой установки корабля также симулируется и выглядит правдоподобно. Данная имитация учитывает такие параметры, как размер корабля, его скорость, силу волн, а также скорость и направление ветра.
Интересно в демке океана ещё и то, что в её разработке принимал непосредственное участие сотрудник московского офиса компании NVIDIA. Если вы помните предыдущую демку NVIDIA Realistic Water Terrain, также известную как Island, там поверхность воды уже была неплохо имитирована, но тут степень реализма вышла на совершенно другой уровень.
Но симуляция человеческого лица и его эмоций ещё сложнее. Выражение лица человека постоянно меняется, и с его помощью мы общаемся с другими людьми. И имитация наших эмоций уже довольно реалистична. Дженсен на выступлении упомянул интересный факт — на каком-то этапе симуляция человеческого лица становится близкой к реалистичной настолько, что объект, выглядящий почти как человек, вызывает неприязнь у людей. Этот эффект называется эффектом «зловещей долины» (uncanny valley).
Когда в анимации показываются лица, лишь отдалённо похожие на человеческие (множество мультипликационных фильмов), то это вызывает положительные эмоции, но в случае с персонажем Анжелины Джоли в анимационном фильме Beowulf, где она играет роль матери Гренделя, её анимированный человеческий облик вызывает неприязнь. Чем больше персонаж похож на человека, тем симпатичнее он для людей, но лишь до определённого предела — самые человекоподобные лица оказываются неприятны людям из-за небольших несоответствий реальности, а анимация усиливает это восприятие.
NVIDIA в своих демках всячески старается создать человекоподобные реалистичные лица. К примеру, известный персонаж Dawn - фея из предыдущих демонстраций компании. Тон кожи и волосы феи довльно реалистичны, она выглядит похоже на настоящую девушку. Но в движении Dawn всё-таки выглядит слегка странно и даже несмотря на общую миловидность, анимированная фея выглядит слегка коряво. Дженсен не очень доволен этим фактом:
Видимо, именно поэтому NVIDIA вместе с Южно-Калифорнийским университетом (University of Southern California) разработала более реалистичную анимацию человеческого лица. Для этого с актёра захватываются и записываются несколько десятков разных выражений лица при помощи специальной сцены с множеством источников света и камер. Все захваченные изображения специальным образом конвертируются при помощи технологии Face Works из 32 гигабайт данных в несколько сотен мегабайт информации в виде 3D моделей. Технология позволяет захватывать данные о лице человека с большой точностью без использования специальных маркеров и камер.
Графические процессоры NVIDIA затем синтезируют и отрисовывают анимированные модели с использованием тесселяции и результат получается очень реалистичный. Используются очень сложные шейдеры для имитации кожи, содержащие более 8000 инструкций на пиксель, которые делают поверхности и освещение столь правдоподобными. На каждый пиксель производится по 161 отфильтрованных текстурных выборки, а при рендеринге в разрешении 1920x1080 за каждый кадр обрабатывается 82 миллиарда операций с плавающей запятой (FLOPs) - это почти 5 триллионов операций в секунду при 60 FPS.
Неудивительно, что Ira (так назвали цифрового персонажа демки) выглядит гиперреалистично. Вдобавок ко всему вышесказанному можно отметить качественные мягкие тени и реалистичную имитацию глаз. В движении Ira выглядит ещё реалистичнее, ведь анимации различных выражений лица можно смешивать друг с другом и плавно переходить от одной к другой эмоции. А ещё Ira умеет говорить. Дженсен попросил его сказать, что он ел на завтрак и о его впечатлениях о Project SHIELD. На последний вопрос Ira ответил так, как это делают многие: «Возьмите мои деньги!»
