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４Ｋ＆８Ｋ時代の３ＤＣＧアニメ制作についての考察と対応 (記事記載:2019年 1月25日)
２０１１年７月２４日にアナログ放送が終了して、時代はデジタル＆ハイビジョンの時代が到来しましたよね。雅工房も、それに先立つ６年前の２００５年にフルハイビジョンＣＧ制作のための高額な設備投資を完了しました。
そして今また、４Ｋや８Ｋと言った映像規格が具体的に動き始めており、実際に一部のテレビ番組で放送され始めています。そこでＣＧ(※)制作において、４Ｋや８Ｋの動画制作にどれだけのレンダリング時間がかかるのか、テストを行い比較しました。また、今後の課題についても書き記します。
※注：正確にはＣＧ(=Computer Graphic)よりもＣＧＩ(＝Computer Generated Imagenary)が望ましいですが、ここではＣＧと言う表現に統一しています。
１．２Ｋ・４Ｋ・８Ｋ解像度
「ビデオ撮影による動画」と「３ＤＣＧ制作による動画」の最も大きな違いは、ずばり時間です。ビデオ撮影ならば、５分の撮影ならば、解像度に関係なく５分で撮影は終わります。しかし、ＣＧはそうはいきません。解像度が変わると、レンダリング時間(※ＣＧの計算時間)が、２倍にも４倍にも１０倍にもなり得ます。
ＨＤが４Ｋや８Ｋになることによって、ＣＧ納期や見積もり額が大きく変わるので、どのくらいの時間的差異が生じるのかを押さえておくことは、大変重要です。今回はまず、それについての検証をしてきます、
と、その前にＨＤと４Ｋと８Ｋのサイズの違いについておさらいしておきましょう。話を分かりやすくするため、以下、Ｆｕｌｌ-ＨＤ(フルハイビジョン)解像度を便宜的に２Ｋと記します。２Ｋ、４Ｋ、８Ｋの各解像度の大きさは、下記の通りです。
２Ｋ＝1,920×1,080pixel=2,073,600pixel(約２００万画素) ４Ｋ＝3,840×2,160pixel=8,294,400pixel(約８００万画素) ８Ｋ＝7,680×4,320pixel=33,177,600pixel(約３,３００万画素)
上記の図の通り、４Ｋは２Ｋの縦横２倍ずつの４倍の解像度、８Ｋは２Ｋの縦横４倍ずつの１６倍の解像度と言う事になります。
２．各解像度でのレンダリング時間の相違
では、実際に各解像度で３ＤＣＧをレンダリングしてみます。比較的「シンプルなＣＧ」と、もう少し「複雑なＣＧ」の２種類の３ＤＣＧをレンダリングしてみます。
①シンプルなシーンでのレンダリング時間比較テスト
まずは、オブジェクトが一つだけで、背景は写真(360°HDR)と言うシンプルな３０秒(９００フレーム)のシーンから、１フレームだけレンダリングします。雅工房のマスコットキャラクター「ミヤビー」が森の中でたたずむ、下記のシーンです。
下のＣＧ画像は、２Ｋの１／６ほどのサイズのＳＤ解像度(※２)１００％の大きさです。このシーンを、解像度以外は全くの同条件で、それぞれ２Ｋ、４Ｋ、８Ｋでレンダリングします。
※注２：ＳＤサイズは本来７２０×４８６pixel(Ｄ１)ですが、扁平表示を避けるためこのページでは７２０×５４０pixelで表示しています。
レンダリング時のマシンスペック：３.３ＧＨｚＣＰＵ×６個、３２ＧＢのＲＡＭ、ＧｅＦｏｒｃｅＧＴＸ７５０Ｔｉ
使用３ＤＣＧソフト：ＬｉｇｈｔＷａｖｅ３Ｄ／レイトレース及びラジオシティ(モンテカルロ方式)レンダリング
背景：３６０°ＨＤＲ画像 ⇒レイトレース、ラジオシティ、ＨＤＲについての詳細はこちら。
サイズ的にＳＤ以上のサイズは、このページに納められないので、頭の部分のみ１００％サイズで表示します。 ２Ｋ：４２.２秒 ４Ｋ：２分２８秒(１４８.４秒) ※２Ｋの３.５倍のレンダリング時間 ８Ｋ：８分３８秒(５１８.４秒) ※２Ｋの１２倍のレンダリング時間
②より複雑なシーンでのレンダリング時間比較テスト
続いて今度は、もっと多くのオブジェジェクトを配置し、背景舞台も(写真ではなく)ＣＧで作り込んだ、より複雑なシーンをレンダリングします。当工房のオリジナルアニメ「ロボットウォーズ」の最終章３話「シンビオシス」の５秒(１５０フレーム)のシーンの中の１フレームです。
ＳＤサイズ１００％の画像は、下記の通りです。
レンダリング時のマシンスペック：３.３ＧＨｚＣＰＵ×６個、３２ＧＢのＲＡＭ、ＧｅＦｏｒｃｅＧＴＸ７５０Ｔｉ
３ＤＣＧソフト：ＬｉｇｈｔＷａｖｅ３Ｄ／レイトレース及びラジオシティ(モンテカルロ方式)レンダリング
⇒レイトレース、ラジオシティ、ＨＤＲについての詳細はこちら。
サイズ的にＳＤ以上のサイズは、このページに納められないので、手の部分のみ１００％サイズで表示します。 ２Ｋ：４分２５秒(２６５.２秒) ４Ｋ：９分４０秒(５８０.７秒) ※２Ｋの２.２倍のレンダリング時間 ８Ｋ：２６分５８秒(１,６１８秒) ※２Ｋの６.１倍のレンダリング時間
以上のように、４倍の解像度なら４倍のレンダリング時間、１６倍の解像度ならば１６倍レンダリング時間がかかる、と言うことにはならないのです。解像度とレンダリング時間の今回の相関関係をグラフにしました。
シンプルなシーンでは、解像度が増えた時にレンダリングにかかる時間が３.５倍、１２倍と大きくなるのに対して、複雑なシーンでは、比率が２倍、６倍と相対的にレンダリング時間倍率が緩やかになる(低くなる)傾向であることが分かります。
しかしながら複雑なシーンは、そもそものレンダリング時間がシンプルなシーンよりも大幅に長いので(今回は２Ｋで６.３倍)、絶対的なレンダリング時間は増大し、１フレームあたり４Ｋ＝約１０分、８Ｋ＝約２７分と、それぞれかなりのレンダリング時間を要することが分かります。上記のロボット達の会合シーンは、１５０フレーム(５秒)のシーンですので、２Ｋならば約６,３００秒(１０５分＝１時間４５分)のレンダリング時間がかかりますが、４Ｋであれば約８７,０００秒(１,４５０分＝２４時間１０分)、８Ｋであれば約１５２,７００秒(２,５４５分＝４２時間２５分)もかかることになります。５秒のアニメですらこのレンダリング時間ですから、１分(６０秒)以上のアニメ制作となると気の遠くなるようなレンダリング時間がかかります。レンダリング途中で(しかも最後の方で)修正などが生じた場合は、気絶しちゃうレベルです(笑)。次の章では、この辺の事も考えてみましょう。
③４Ｋや８Ｋへの具体的な対応方法
ハイビジョンは世に登場した時は「いやあ～、きれいな映像だなぁ～」と思ったものですが、４Ｋや８Ｋの映像は、更にきれいで迫力やリアルな臨場感があるのは確かです。先ほどのロボットの頭や手の部分を見ただけでも、２Ｋと８Ｋではそのきめ細かさに雲泥の差があるのが分かります。しかし、前章で見たようにＣＧのレンダリングコストは、尋常でなく上昇することが分かります。ビデオ撮影は、２Ｋも４Ｋも８Ｋも５分であれば５分で終わりますが、３ＤＣＧの場合は５分のアニメを計算するのに２Ｋで４８時間(２日)かかっていたものが、４Ｋだと９６時間(４日)とか１６８時間(７日)とかかかるようになるのです。
スケジューリングも予算も、２Ｋ以前と４Ｋ以降では、かなり変わります。何が変わるのか、変えなくてはいけないのかを見てみましょう。
Ⅰ.４Ｋ以上のＣＧ制作の内容・方法論
４Ｋ以上に解像度が上がると言う事は、ただ単に、解像度のピクセル数を増やしてレンダリングすれば良いと言う事ではありません。今まで以上に、ポリゴンエッジのきめ細かさ＝つまりポリゴン数の大幅な増大が必要になります。２Ｋではズムーズに丸く見えていたエッジが、４Ｋや８Ｋでは角ばって見えるでしょう。同様に、ローポリゴンオブジェクトで済ませていた遠景にも、ミディアムクラスのオブジェクトの作成が必要になるでしょう。またオブジェクトに貼り付けるマッピング画像も、今まで以上に丁寧で細かいデザインでかつビッグサイズのマッピング画像が必要になります。
と言うように、細かいモデリングや細かいマッピング画像の制作で、作業により時間がかかるようになります。モデリングのポリンゴ数も、マッピングのデータ量も、各段に増えてマシンと人間に具体的な負荷・ストレスがかかります。テレビ番組であれＵＨＤブレーレイのプログラムであれ、ほぼ映画クオリティに近い手間と時間のかかる作業が求められるでしょう。
Ⅱ・設備投資
４Ｋや８Ｋの３ＤＣＧ動画制作は、上記で述べたように今まで以上の制作時間と手間がかかります。そして、レンダリングテストでも分かるように、今までの数倍から１０倍、ないしそれ以上の、尋常でないレンダリング時間がかかります。
ＰＣの計算速度が上がれば良いですが、ＰＣマシンのスペックも技術革新的に向上には限界があります。ＰＣのスペックの限界をカバーするために(＝長時間のレンダリング時間に対処するために)、ＰＣの数(具体的にはＣＰＵの数)を増やして、レンダリングファーム(※レンダリング農場)を増設していくのが現在の最良の方法でしょう。ＰＣ増設にはそれなりの資金、そしてレンダリングファーム用ＰＣの場所の確保、そして稼働させ続けるための安定的な大容量の電力も必要です。レンダリングファームをレンタルすると言う手も現在はありますが、予算の規模によってはレンタルは割りにあわないですし、レンタルの手間と費用を考えると、できるだけ自前でファームを構築しておきたいところです。
Ⅲ.ＣＧ制作予算
解像度がＳＤからＨＤに代わった時、「制作の手間」と「レンダリングコスト」と「設備投資額」は増えたのに、実はＣＧ制作予算は全く変わりませんでした。しかし、４Ｋや８Ｋの３ＤＣＧ動画制作は、もはや従来通りの予算での制作は不可能です。４Ｋ解像度は既に映画クオリティであり、８Ｋはそれ以上となります。上記で見たように、３ＤＣＧ制作には手間も時間も設備投資も維持費も今まで以上にかかりるようになり、映画用のＣＧ制作と同等かそれに近い予算見積もりが必要となってくるでしょう。
Ⅱ・スケジュール管理
上記で色々見たように、「①高解像度対応の３ＤＣＧ制作の細かさによる制作時間の増大」及び、「②レンダリング時間の大幅な増大」等の様に２Ｋ制作とは比較にならない制作期間が必要となります。単に制作スケジュールが伸びるだけでなく、修正対応もかなりきつくなります。途中で生ずる修正内容によっては、納期に遅れが生じる危険性もあります。初期打ち合わせ段階でのより詳細な取り決め、ラフ制作チェック段階でのよりシビアな詰めなどを事前に行い、実制作段階での修正を極力減らす努力が、今後もっと必要になります。
以上、４Ｋや８Ｋ時代の３ＤＣＧアニメ制作について、レンダリングテスト結果を含め、今後起こりうる課題も取り上げさせていだきました。ＣＧ制作同業者や映像制作会社のご参考になれば幸いです。
