Der Fluch des Goldes
Mall of America
Kicker Manager 2004
Holiday World

Urmel aus dem Eis
Thief Lord

Sauberkeit

• Billy's Wohnzimmer
• Susi's Klo
• Kaufhaus innen und außen
• Kanalisation inklusive Eingang
• Albert's Villa innen und außen
• Teile des Fabrikanflugs und das Fabrik Außengebäude
• TV Heaven Fernsehladen

Desweiteren arbeitete Marco an Requisiten wie dem Dynamite Detector und Buu's Flugapparat.

Alberts Arbeitszimmer

Kanalisation

Sino Mobil

Flugapparat

CPS

Zu Beginn der Produktion wurden hauptsächlich Nurbs für das Modellieren von Objekten verwendet, die insbesondere auf Grund der geringen Datenmenge zur Beschreibung komplexer Oberflächen gut für große Szenen geeignet sind. Im Laufe des Projekts erwiesen sich jedoch Polygon Objekte vom Handling her in vielen Fällen als bessere Lösung. Daher wurde auch vermehrt das Connect Poly Shape Tool eingesetzt, welches sich insbesondere zum Modellieren organischer Objekte eignet.

Pivot Toolbox

Als weiteres nützliches Tool für den täglichen Gebrauch erwies sich die Pivot Toolbox. Diese bietet diverse Funktionen zum Modifizieren des Pivot, wobei sich auch das Objekt relativ zum Pivot transformieren läßt. Desweiteren bietet das Tool die Möglichkeit mehrere Objekte innerhalb einer Szene durch ein neues Objekt zu ersetzen, wobei Position und Rotation der Originalobjekte übernommen wird.

Noise Deformer

Oft war es nötig, Oberflächen durch natürliche Unregelmäßigkeiten den sterilen CG Look zu nehmen. Dazu kam ein eigens entwickelter Deformer zum Einsatz, der basierend auf dem Perlin Noise Algorhythmus zufällig räumliche Verzerrung im World oder Local Space generiert. Die Ergebnisse sind ähnlich zu dem Randomize Points Script, nur daß es sich in diesem Fall um einen interaktiven Standard Deformer handelt, der sich komplett in Mayas Construction History einbindet.

Rename Toolbox

Eine der Richtlinien für die 3D Artists besagte, stets auf eine ordentliche Benennung der Node Hierarchien zu achten. Zwingend erforderlich war dies alleine schon aufgrund der Tatsache, daß viele Personen an einer Szene arbeiteten und diese durch mehrere Abteilungen ging. Da die Szenen oft aus sehr vielen Nodes bestanden, kam schnell der Wunsch nach einem komfortablen Renamer auf. Die daraus resultierende Rename Toolbox bot eine ganze Reihe an Rename Optionen:

• Umbenennen mit Wildcards
• Prefix/Suffix hinzufügen
• Teil eines Names umbenennen
• Neue Nummerierung inklusive variablem Padding
• Hierarchisches umbenennen mit variabler Tiefe

Procedural Crumple Texture

Maya bietet eine Vielzahl prozeduraler, Noise basierter 2D und 3D Texturen, die durch vielfältige Kombinationsmöglichkeiten für die meisten Aufgaben vollkommen ausreichend sind. Es stellte sich jedoch heraus, daß detaillierte Steinstrukturen mit typischen Unregelmäßigkeiten und Rissen nicht in ausreichender Qualität simuliert werden konnten. Da Lightwave einen exzellenten Shader namens "Crumple" zum Texturieren von gesteinartigen Oberflächen bietet, beschlossen wir, diese prozeduralen Textur in erweiteter Form als Maya Plug-in umzusetzen. Der Texture Node wurde in zwei Variationen entwickelt: Eine 2D Version für UV Mapping und Projektion und eine 3D Variante für volumetrisches Mapping.

Crumple Shader Beispiele

Wie man an den Beispielen sieht, ist der Crumple Algorhytmus in der Lage sehr feine, unregelmäßige Strukturen und Harte Kanten zu erzeugen. Gleichzeitig lassen sich diverse Holz und Marmor Muster generieren.

Das folgende Beispiel zeigt eine Gebirgszene mit Fluid Wolken. In diesem Fall kam der 3D Crumple Shader über ein spezielles Plug-in sowohl zur prozeduralen Erzeugung der gesamten Gebirgslandschaft mit allen geometrischen Details, als auch für die feinen Oberflächenstrukturen zum Einsatz. Der Schnee wurde mittels Mayas Snow Shader simuliert. Dirk Bialluch erstellte diese Szene unter anderem als Test für die prozedurale Textuierung weiter Gelände. Es ging primär darum, trotz enorm hohen Detailgrad auf große Distanz ein Texturflimmern zu verhindern. Durch ein spezielles Shading Network und Sonderattribute im Crumple Node konnte das Pixelrauschen auf ein Minimum reduziert werden. Als erfreulicher Nebeneffekt veringerte sich gleichzeitig der Rechenaufwand für den Shader.

Mountain Flight, DIVX (3,1MB)

Color Corrector

Der Color Corrector Node umfaßt nahezu alle gängigen Methoden zur Farbkorrektor. Auch wenn Maya bereits Gamma und Kontrast Nodes bietet, war es vom Workflow her günstiger, dem Artist all diese Funktionen kombiniert mit weiteren in einem kompakten Node anzubieten. So unterstützte der Node neben der bereits erwähnten Gamma und Kontrast Manipulation z.B. die Möglichkeit, das Input Material gewichtet zu färben, diverse HSV basierte Modifikationen vorzunehmen und den RGB Farbbereich zu clippen.

Nurbs UV Projection

Häufig arbeitet man mit Polygon Meshes, die sich zwar durch eine der üblichen Projektionmethoden abwickeln lassen, aber aufgrund von Krümmung oder Verzerrungen bessere lokale Kontrolle über die Projektion wünschenswert machen. Daraus entstand die Idee, eine beliebige Nurbs Geometrie als Grundlage für die Projektion von UV Koordinaten auf Polygon Objekte herzunehmen. Dirk Bialluch entwickelte einen speziellen Node, der je ein Nurbs und Polygon Objekt als Input akzeptiert und ein neues Mesh mit UVs ausgibt. Da diese Art der Projektion nicht ganz unkompliziert ist, bietet der Node diverse Algorhythmen für die Berechnung der Projektion. Das Tool handhabt auch stark gekrümmte Flächen sehr gut und hat spezielle Methoden zur Behebung von Fehlern, die an den Nähten geschlossener Nurbs Surfaces (Kugel, Torus, Zylinder) auftreten können.

Im folgenden Beispiel werden UVs von der oberen nurbs surface (Wireframe Display) auf das untere Polygon Mesh projiziert.

Diese optionale visuelle Hilfe zeigt welche Patches der Nurbs Surface zur Projektion herangezogen werden.

High Quality Sampling produziert sehr saubere UVs

Tree Magic

Wie der Name bereits vermuten läßt, handelt es sich bei Tree Magic um einen Baumgenerator. Das Tool ist fast ausschließlich Script basiert, nur die Blätter werden prozedural über einen Node generiert. Daraus ergibt sich auch gleich der große Nachteil des Tools, denn die Erzeugung eines komplexen Baumes kann bedingt durch das MEL Script schon einige Minuten in Anspruch nehmen. Der Baumgenerator ist innerhalb von drei Wochen entstanden und bietet eine Vielzahl an Parametern zur Generierung unterschiedlicher Baumformen.

Stamm, Äste und Zweige werden aus Nurbs Zylindern erzeugt. Das Script bietet diverse Parameter für die Form, den Verlauf und unregelmäßigkeit der Oberfläche. Kräfte wie Wind und Gravität sind anwendbar, wobei auch die Stärke der Äste berücksichtigt wird. Die Einstellungen für einen Ast werden an die nächste hierachische Ebene vererbt, können dabei jedoch noch beinflusst werden, um bestimmte Attribute wie Durchmesser und Länge nach jeder Verästlung weiter zu ändern. Optional können während der Erzeugung des Astwerks auch Animationskontrollen eingefügt werden, die später für eine vollautomatische Bewegung der Äste sorgen. Die Construction History bietet Parameter für Windstärke und das Schwingverhalten der Äste.

Die Blätter mußten prozedural über einen Node erzeugt werden, da andernfalls die Performance nicht ausgereichend gewesen wäre. Der Node bietet die Alternative, eine interne Blattgeometrie vorzugeben oder ein benutzerdefiniertes Polygonobjekt als Blattform zu verwenden. Ausgegeben wird ein einzelnes Polygonobjekt, welches alle Blätter für einen Baum enthält. Der Node sorgt dafür, daß die Blätter auch bei Bewegung der Äste an der richtigen Stelle sitzen und bietet diverse Animationsparameter für realistische Bewegung der Blätter. Nutzt man die interne Blattform, so bietet der Node die Möglichkeit, ein Textur Shuffling anzuwenden, welches eine beliebige Zahl an verschiedenen Blatttexturen den Blättern zufällig zuordnet. Damit lassen sich beispielsweise Herbstbäume mit unterschiedlicher Blattfärbung generieren.

Tree Magic Test Scene, DIVX (1MB)

 

Spread Objects

Spread Objects ist mit mehr als vier monatiger Entwicklungszeit das mit Abstand komplexeste Tool, das während der Produktion von Back to Gaya programmiert wurde. Es handelt sich um ein Plug-in, das mehrere neue Nodes und MEL Befehle zur interaktiven Erzeugung und Transformation mehrerer tausend Instanzen in Maya einbindet. Instanzen können in diesem Fall jede beliebige Maya Geometrie sein. Selbst Paint Effects lassen sich auf diese Weise vervielfältigen. Auch komplette DAG Hierarchien werden verarbeitet, wobei aufgrund der Construction History die Ausgangsobjekte jederzeit verändert und sogar animiert werden können und sich dies automatisch auf alle Instanzen überträgt.

Entwickelt wurde dieses Tool primär zur Landschaftsgestaltung. Einsatz fand es beispielsweise beim Verteilen tausender Bäume und Steine auf riesigen Territorien, die während des Anflugs auf Gaya zu sehen sind. Der Hauptnode bietet mit mehr als 250 Attributen alle erdenkbaren Kontrollen zur Platzierung von Objekten. Nahezu jede Funktion verfügt über einen internen Zufallsgenerator, um jede Instanz individuell zufallsbasiert zu Transformieren. Als Füllfläche aktzeptiert Spread Objects sowohl Nurbs, als auch Polygon Geometrie. Desweiteren werden diverse interne Primitive Shapes geboten, wie beispielsweise Plane, Sphere, Cylinder, usw.

Brook, DIVX (1,8MB)
In dieser Test Szene wurden die Steine, Gräser und Pollen mit Spread Objects erzeugt und animiert.

Spread Obects erzeugt Objekte jedoch nicht nur auf einer zweidimensionlen Oberfläche, sondern berechnet auf Wunsch auch ein 3D Grid, um volumetrische Formen zu Füllen. Nurbs und Polygon Flächen werden optional entlang ihrer Normalen um eine Dimension erweitert. Damit lassen sich nahezu beliebige Volumen mit Objekten füllen, beispielsweise zur Simulation von Schwebeteilchen im Wasser oder Schneeflocken.

Da jedes Attribute animierbar ist und Spread Objects selbst auch diverse Animationsparameter bietet, lassen sich Massen an bewegten Objekten generieren, wobei auch hier wieder diverse Zufallsroutinen zum Einsatz kommen. Zusätzlich läßt sich der Spreader auch als Particle Emitter nutzen, womit unzählige weitere Effekte möglich sind.

Um die Landschaftsgestaltung so flexibel und intuitiv wie möglich zu machen, wurden Mayas Artisan Tools von vornherein in die Spread Objects Werkzeuge integriert. So kann man beispielsweise mittels Artisan Paint Tool Objekte interatkiv auf die Landschaft zeichnen und deren Größe und Dichte variieren.

Speziell zum Platzieren großer Objekte wie beispielsweise Bäume wurde ein hochperformantes Kollisionsmodell integriert, das Durchdringungen von Objekten verhindert.

Manchmal war es notwendig Instanzen durch reale Objekte zu ersetzen. Spread Objects bietet zu diesem Zweck einen Plug-in Befehl zum Konvertieren von Instanzen in individuelle DAG Hierarchien, die nicht länger vom Spreader beeinflusst werden. Der Konvertier-Befehl übernimmt optional auch Spreader basierte Animationen und setzt Frame für Frame Keys auf die entsprechenden Attribute der Duplikate. Als erfreulicher Nebeneffekt lassen sich auf diese Weise auch Mayas Particle Dynamics baken.

Für die User wurde der Einsatz des Tools so interaktiv und intuitiv wie eben möglich gestaltet, was sich aufgrund des reinen Funktionsumfangs und der gegenseitigen Beeinflussung von Funktionen nicht gerade einfach gestaltete. Der Display Node bietet vielzählige OpenGL Anzeigen als Hilfsmittel, wenn man mit sehr vielen und/oder sehr komplexen Instanzen arbeitet. Für diesen Fall läßt sich die Anzeige der Geometrie abschalten und es werden nur OpenGL Locator zum Positionieren, Rotieren, Skalieren und gegebenenfalls Animieren der Instanzen verwendet. Um die Interaktivität noch weiter zu steigern kann die Anzahl an erzeugten Instanzen um einen benutzerdefinierten Prozenzsatz reduziert werden. Während des Renderns wird die volle Anzahl an Objekten erzeugt. Dieser Workflow hält selbst ausgesprochen komplexe Szenen interaktiv. In Tests wurden bis zu 260.000 animierte Objekte mittels Spread Objects erzeugt.

Objekte auf Nurbs Surface

Spread Objects OpenGL Display

Fur Simulation

Zu Beginn der Produktion steckten wir rund zwei Wochen Research Arbeit in die Entwicklung eines Maya Plug-ins für Haar- und Fellsimulation. Das System generiert Haare auf Nurbs Surfaces basierend auf Node intern berechneten Splines. Die resultierenden Haare werden direkt im Modeling View als OpenGL Linien dargestellt. Zur Deformation und Animation berechnet der Node ein 4D Noise, das die Rotation der Spline Segmente beeinflusst. Die vierte Dimension wird als Zeitebene zur Animation des Noise-Volumens verwendet. Die Entwicklung wurde nach zwei Wochen eingestellt. Basierend auf den entwickelten Algorhythmen wurde später das Spread Objects Tool programmiert.

Fur Long, DIVX (1MB)

Fur Noise, DIVX (1MB)

 

Collision Deformer

Ein Hauptproblem während der Cloth Simulation war die Durchdringung der Kleidung mit anderen Objekten. Da die simulierten Kleidungsstücke eng in Kontakt mit Riemen und anderen deformierten Kollisionsobjekten kamen, mußte für eine einwandfreie Simulation ein Abstand zwischen diesen Objekten gewährleistet werden. Hierfür entwickelten wir einen neuen Collision Deformer für Maya, der in Echtzeit ohne Dynamics Runup Kollisionen zwischen dem deformierten Objekt und einer beliebigen Polygon Geometrie berechnet. Die deformierte Geometrie wird optional auf einem benutzerdefinierbaren Abstand gehalten. Diverse Parameter sorgen für ein "weiches" Kollidieren, so daß Punkte nicht abrupt geblockt werden.

Zu Beginn wollten wir die Intersektionsfunktionen aus Mayas Polygon API verwenden. Leider sind diese an Polygon Edges ungenau und so rutschten Punkte an den Polygon Rändern teils durch das Kollisionsmesh. Daher entwickelten wir einen eigenen, optimierten Intersekionsalgorhythmus.

Der Collision Deformer bietet diverse OpenGL Display Optionen, die detailliert anzeigen, welche Polygone zur Kollisionsberechnung herangezogen werden, wie die Projektionsvektoren ausschauen und wo der nicht deformierte Originalpunkt liegt.

Collsion Deformer mit Polygon Surface als Kollsionsobjekt