Premo:DreamWorksAnimationrsquo;sNewApproach to Animation

Paul Carmen DiLorenzo

DreamWorks Animation

Creating an animated f lm takes severalyears, hundreds of highly skilled artistsacross many different departments (see the“CG Animated Film Production Process” sidebar),and advanced software tools. At DreamWorksAnimation, our artists use a mixture of third-party and internally developed tools supported bya high-performance computing infrastructure todigitally create our animated f lms. We continuallyupdate our tools and take advantage of the latesthardware developments to meet our f lmmakersrsquo;demands to produce more captivating characters and stunning visuals with each new movie.

In recent years, those hardware development spresented a new challenge. In the past, computer performance roughly doubled every two years, fol-lowing Moorersquo;s law, which states that the number of transistors doubles every two years on a CPU.However, in the last decade, we have seen these additional transistors serve more to increase the number of CPU cores than increase the speed of individual cores. For the software industry as awhole, this has led to a crisis, and for the high-performance software we use, the problem is par-ticularly acute because we rely on that increased core speed to deliver faster software to our artists.

To respond to this paradigm shift and scale withnew hardware, we rearchitected our proprietary ani-mation platform to take advantage of multiple-corecomputing. Premo is our new animation tool en-gineered by DreamWorks Animation technologiststo enable artists to manipulatecharacterperfor-mancesinourmovies.1PremousesApollo .dreamworksanimation.com/apollo), our new cloud-based digital design and CG media platform used for the creation and delivery of images, video, and other forms of media.

Premo was f rst used on the feature-leng than imated flm How To Train Your Dragon 2. Since then, DreamWorks has made a full transition to Premo, and it has been used on the f lms Homeand Penguins of Madagascar and is now being usedon fve flms currently in production. Premo has exceeded our artistsrsquo; expectations in both perfor-mance and usability and has resulted in greatly improving animator productivity and satisfaction.

Premo has not only resulted in a better user ex-perience but also some key returns on investmentfor DreamWorks Animation. The training time fora new animator on Premo has been reduced to oneto two weeks, compared with the 13-week course for the previous software. This enables animators to work on a movie soon after they are hired, where as before we had to wait for them to be comfortable with proprietary tools. Initial studio estimates project up to a 20 percent reduction in productioncosts for movies using Apollo, starting with movies released in 2015. In addition, we feel that Premo offers audiences the highest quality entertainment experience with characters that provide the fulle strange of visual emotion and expression.

Inspiration and Design

When designing Premo, we were able to lever-age the many man-years of experience from our animators, allowing us to develop an application specif cally suited to animation. To take advan-tage of this experience, we kicked off Deep Dive groups to focus on the main areas of the applica-tion. These groups discussed a specif c topic for a few weeks and generated a substantial number ofideas. These ideas were distilled down into a set of Guiding Design Principles that outline key project requirements:

CG Animated Film Production Process

CG animated films are more complex than most people think. Each generally takes about five years to de-velop as a result of the planning and production of all the layers and assets that go into making a film. Great filmsbegin with great concepts. Some of our ideas are com-pletely original, whereas others are inspired by a variety of sources, including childrenrsquo;s books and comic strips. Oncewersquo;ve settled on an idea, the first step is to write a script.

Storyboards

Once a script is ready, storyboard artists will imagine how the words will translate into actions and pictures by draw-ing a series of sketches to tell the story. The drawings are digitally strung together to create a story reel. (Imagine aflipbook that lets you see how the drawings flow together.)We combine that with temporary music, sound effects, and dialogue and work with the movie in this form for about 18 months.

Visual Development

Once the story reel is underway, our visual developmentde partment begins to plan the look of the film, developingthe style, tone, color and overall artistic approach to eachand every sequence. Everything has to be designed, fromthe major characters to the smallest of props. Thousands of drawings, paintings, blueprints, sculptures, and models later, our development artists have designed a fantasy world and characters to tell the story.

Modeling and Rigging

Modeling artists digitally sculpt the characters and envi-ronments in our films by collaborating with the art depart-ment to realize design concepts as tangible 3D forms. The modelers start with this wire frame sculpture that breaks down the design into workable geometry. A character technical director (CTD), also known as a rigger, will deter-mine how the character must move and where the bones, muscle, and fat would be under their skin. Joints and vari-ous mathematical operations are then employed through-out the characterrsquo;s body, face, hair, and clothing to makeit bend and deform like a living creature. Finally, riggingworks with animation to design and build an extensive setof controls for the character so animation can pose everypart of this digital puppet and bring it to life.

Layout

Layout artists interpret and recreate the hand-drawn 2Dstoryb

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Premo:梦工厂动画的新技术

Paul Carmen DiLorenzo

创建一个动画短片需要几年的时间，数百名高技能的艺术家跨越了许多不同的部门（参见“CG动画电影制作过程”的侧边栏），以及先进的软件工具。在梦工厂(DreamWorks Animation)，我们的艺术家们使用了一个由第三方和内部开发的工具组成的混合工具，这些工具由高性能计算基础设施支持，以数字化地创建我们的动画电影。我们不断更新我们的工具并利用最新的硬件发展来满足我们的菲·洛姆制造商的要求以制作更多迷人的角色以及每一部新电影的惊人视觉效果。近年来，这些硬件的发展带来了新的挑战。在过去，根据摩尔定律，计算机的性能每两年大约翻一番，而摩尔定律指出，在CPU上，晶体管的数量每两年就会翻倍。然而，在过去的十年中，我们看到这些额外的晶体管更多的服务于增加CPU核心数量而不是增加单个核的速度。对于整个软件行业来说，这导致了一场危机，对于我们使用的高性能软件来说，这个问题尤其严重，因为我们依靠增加的核心速度来为我们的艺术家提供更快的软件。为了响应这种模式的转变和使用新硬件的规模，我们重新构建了我们的专有动画平台，以利用多核计算的优势。Premo是我们的新动画工具，由梦工厂动画技术专家设计，使艺术家能够在我们的电影中操纵角色表演。Premo使用了Apollo (www .dreamworksanimation.com/apollo)，我们新的基于cloudscape的数字设计和CG媒体平台，用于创建和交付图像、视频和其他形式的媒体。

Premo是fi rst，它使用的是长篇动画电影《驯龙高手2》。从那以后，梦工厂已经向Premo进行了全面的转型，它已经被应用在了films的家和马达加斯加的企鹅身上，现在正被用于目前正在生产的five fi lms。Premo在性能和可用性方面都超过了我们的艺术家的期望，并且大大提高了动画制作者的工作效率和满意度。Premo不仅带来了更好的用户体验，而且还为梦工厂动画的投资带来了一些关键回报。与前一款软件的13周课程相比，在Premo上的新动画师的培训时间缩短为一到两周。这使得动画师在他们被雇佣后不久就可以在电影中工作，而在我们不得不等待他们使用专有工具之前。最初的工作室估计，从2015年上映的电影开始，阿波罗计划的电影制作成本将下降20%。此外，我们认为Premo为观众提供了最优质的娱乐体验，提供了最丰富的视觉情感和表达方式。

1.灵感和设计

在设计Premo时，我们能够利用我们的动画师多年的经验，使我们能够开发出适合于动画的应用程序。为了利用这一经验，我们启动了深度潜水小组，重点关注应用程序的主要领域。这些小组讨论了几个星期的专题讨论，并产生了大量的想法。这些想法被归纳为一套指导设计原则，列出了关键的项目要求:

1.1CG动画电影制作过程

CG动画电影比大多数人想象的要复杂得多。由于制作电影的所有层和资产的规划以及生产，通常需要五年的时间来发展。伟大的电影以伟大的概念开始。我们的一些想法是完全原创的，而另一些则是受到各种来源的启发，包括儿童读物和连环画。一旦我们确定了一个想法，第一步就是写一个脚本。

1.1.1故事板

一旦剧本准备好了，故事板艺术家就会想象这些文字将如何转化为动作和图片，通过画一系列的草图来讲述故事。这些图画被数字化地串在一起，创造出一个故事卷轴。(想象一下另一本书，让你看到图纸是如何一起流动的。)我们将其与临时音乐、音效和对话结合在一起，并以这种形式在电影中使用了大约18个月。

1.1.2视觉的发展

一旦故事开始，我们的视觉发展部门就开始计划影片的外观，发展风格，色调，色彩和整体的艺术手法，每一个序列。一切都必须设计，从主要人物到最小的道具。后来，我们的发展艺术家们设计了一个幻想世界和人物来讲述这个故事。

1.1.3建模和操纵

造型艺术家通过与艺术部门合作，以实物3D形式实现设计理念，对我们的电影中的人物和环境进行数字造型。建模者从这个金属丝框雕塑开始，将设计分解成可操作的几何图形。角色技术总监(CTD)，也被称为rigger，将决定角色如何移动，以及骨头、肌肉和脂肪在他们皮肤下的位置。在整个人物的身体、面部、头发和衣服上，都有各种各样的关节和各种各样的数学运算，使其弯曲变形，就像一个活生生的生物。最后，索具与动画一起设计并构建了一套广泛的角色控制，这样动画就可以构成这个数字木偶的每一部分，并将其带入生活。

1.1.4布局

布局艺术家在3D CG环境中解释和再现手绘的2D故事板。在这一过程中,这些艺术家确定三维摄像机位置和运动。通过对人物、灯光、特效和环境的粗糙版本进行创作，艺术家们为这部电影创造了电影摄影。

1.1.5角色动画

一旦程序设计良好，动画师就开始把人物角色带到电脑中。他们表达了在角色操纵阶段创造的数以千计的控制，使每个角色栩栩如生，并使他们与声音表演同步。

1.1.6蒙皮

从造型、人物、道具和环境中走出来是平淡和灰暗的。表面的艺术家们将色彩和纹理添加到这些元素中，使表面看起来光滑如玻璃，凹凸不平，粗糙如泥土，柔软如羊毛。

1.1.7特效

在真人电影中，很容易拍摄到像风中的树叶，沙滩上的海浪，甚至沙滩上的脚印。在电脑动画中，这些简单的东西都是由特效师设计和制作的。换句话说，如果它没有作用，但它会移动，这是一种效果

1.1.8灯光

灯光艺术家利用电脑用光线“绘画”，给电影带来最终的色彩、外观和照明。照明是我们第一次看到动画，表面，草，树，水，人群，和效果一起工作。灯光通过为场景创造照明来实现这一点。它创造了支持故事的氛围和氛围。灯光将观众的目光引向画面的关键元素，这样观众就能准确地看到制片人想让他们看的时间和地点。为了给这个项目创造一个清晰而一致的愿景，我们借用了电影制作者使用的故事板方法。使用了许多不同的模型，例如图像、电影和Flash动画。这些模型帮助演示了Premo内部动画师所期望的交互和特定工作流。

2过渡到普莱默电子

在Premo之前，动画师们使用了梦工厂(DreamWorks Animation)的上一代专有软件Emo，这款软件曾被用于动画角色的动画制作。在开发的时候，它是一种先进的、屡获大奖的工具;然而，它的架构并没有充分支持多核计算模型，以满足项目的交互性目标。在Emo中，对字符移动的更改被输入到一个类似扩展的界面中，并且需要大量的时间来计算和呈现屏幕上的结果。为了帮助加速这个计算过程，使用了低分辨率版本的字符，并删除了环境细节。然而，这意味着动画师们将无法再体验他们的作品，因为它将出现在最终的电影中，迫使他们在动画表演中做出许多猜测，而这往往需要更多的修正。这种方法不仅耗时，而且还限制了迭代次数，并打破了创造力的流。Premo的rearchitecture基于现代多核计算，大大提高了实时性能和交互性。因此，随着使用Premo的过渡，动画师的工作流程和体验发生了根本的变化，提供了各种新的功能和功能。为了充分利用Premo rearchitecture，我们向每个animator部署了一个HP z820工作站，它使用Intel IvyBridge，在3 GHz、96 Gbytes RAM、Nvidia K5000显卡和4gbytes RAM，以及一个960 gbyte的固态硬盘(SSD)上使用Intel IvyBridge。

3.动画工作流程和经验

对于动画师来说，最大的经验转变是不再需要等待他们的场景重新计算，才能看到编辑的结果。他们可以快速迭代动画，尝试不同的想法，添加更多微妙的动作和表情，最终实现他们对角色表演的视觉。这一显著的速度改进使新工作流程得以引入。例如，动画师现在可以在压敏片上与一支笔进行交互。他们可以精确地控制一个人物的脸部和身体，只需将他们的笔移动到所需的精确程度，并接收实时反馈(见图1)。动画师希望能够以最高的品质表现角色和环境。有了Premo，动画师就可以在他们的场景中操作高分辨率，完全变形的角色。他们可以加载许多角色和详细的环境来判断角色在场景中的表现。图2显示了Premo的一个加载场景，其中两只龙正在战斗。这种龙十分巨大，详细的角色，Premo依旧能够保持互动，即使是在这样的复杂程度下。

图2 premo的复杂性

这个龙王Bewilderbeast是《驯龙高手2》中介绍的一种新的龙角色，它的大小是无齿龙的20倍，是《驯龙高手》中的特色龙。

图1 premo电子数字笔接口

一位艺术家正在使用Wacom Cintiq和数字笔在Premo编辑Hiccup，这是《驯龙高手》的主角

4.高级动画功能

先进的动画功能指导原则是动画师的首要任务。为了实现这一目标，我们在Premo中加入了一种快速，高质量的绘画系统，可以用数字笔来描绘一种拍摄的能力，我们的很多训练有素的2D动画师，他们的自然语言包括能够用手作画，用绘画工具来开发他们的作品的想法。动画管理人员使用这些绘图来为动画团队提供注释。这种类型的协作已经被证明在交流角色性能方面更快。为了帮助动画师穿越时间，我们在Premo中添加了一个运动路径和ghosting特性(见图3)。这些特性允许动画师在过去和将来的帧中看到角色，使他们能够在一个视图中有效地跨越多个帧。运动路径为单个动画控件提供了一个简单的曲线可视化和编辑功能，而重影功能则提供了一个完整的字符表示。在多个镜头中连续的角色表演对于保持视觉一致性是很重要的。以前，我们的动画师只能在一个镜头内工作，并且需要关闭和重新加载应用程序来完成其他的拍摄。为了评估镜头之间的连续性，他们必须为每一个镜头拍摄电影，这是冗长而耗时的。在Premo中，我们创建了打开整个序列的能力，选择要处理的照片，并将它们添加到会话中(见图4)。动画师可以对任意一个主动镜头进行编辑，并查看这些更改如何与序列中的周围镜头进行交互。由于Premo与阿波罗的云平台相连，它可以访问和播放其他部门在生产流水线上创建的视频。比如，他们可以通过他们目前正在制作的照片的灯光部门来获取最新的渲染效果。

图3 Premo运动路径和ghosting特性

图4 Premo电子照片浏览器

使用顶部的快照浏览器查看器。在Premo界面，动画师可以快速切换镜头，选择他们想要的部分视图(比如布局或灯光)进行访问，悬停在一个镜头看一个影片剪辑，或选择一组镜头。在场景视图(主视图)中连续播放，以确保他们动画的一致性。

与运动路径(紫色的线)随着时间的流逝，

动画师可以通过视觉快速地设定他们想要

的精确位置和时间角色的动作。

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