立ち上る炎と煙、砕け散るボトル、岩場を流れる水。緻密なシミュレーションから生まれるエフェクトを制作に活かすには、膨大なデータの保存や転送、描画の負荷が壁になる。ウクライナ発のZibra AIは、ボリュームデータを扱う「ZibraVDB」と、アニメーションメッシュを扱う「ZibraGDS」で、この課題に取り組んでいる。圧縮したデータをGPUで高速に展開し、リアルタイムに描画するしくみは、ゲームや映像の制作をどう変えるのか。CEOのAlex Petrenko氏と、Lead 3D EngineerのDmytro Bulatov氏に、開発の経緯と技術的な難所、制作現場での活用、今後の展望を聞いた。

記事の目次

    炎や煙はVDB、破壊や流体メッシュはGDSで扱う

    CGWORLD(以下、CGW):まず、「ZibraVDB」と「ZibraGDS」がそれぞれどのようなデータを扱う製品なのか教えてください。


    Alex Petrenko氏(以下、Alex):ZibraVDBは、炎や煙などのボリュームデータを扱う製品です。Houdiniなどで作成したOpenVDB形式のデータを圧縮し、Unreal Engine(以下、UE)などで展開・描画します。一方、ZibraGDSが対象とするのは、Alembic形式のアニメーションメッシュです。破壊や流体、布などのシミュレーション結果を圧縮し、効率よく再生できます。フレームごとに頂点数やメッシュのつながり方が変わるデータも扱えます。


    CGW:VDBがボリューム、GDSがメッシュを担当するわけですね。両製品は、どのような経緯で生まれたのでしょうか。


    Dmytro Bulatov氏(以下、Dmytro):先にZibraVDBを開発し、その後にZibraGDSを開発しました。背景には、ZibraVDBを使ってくださったユーザーからの反応があります。例えば爆発のシーンでは、炎や煙だけでなく、物体が壊れる様子も同時に表現したくなりますよね。ボリュームに加えて、破片などのジオメトリも扱えるソリューションが必要だったのです。

    ▲今回話を聞いたZibra AI CEOのAlex Petrenko氏(右側)と、同社 Lead 3D EngineerのDmytro Bulatov氏(左側)
    ▲ZibraGDSを使い、UE上でボトルの破壊を再生したデモ。事前に計算したシミュレーション結果を圧縮し、多数の破片が飛び散る複雑なアニメーションメッシュを再生・描画する。破壊の物理計算自体をリアルタイムに行なっているわけではない
    ▲ZibraGDSによる川の流体表現。約200万三角形・約130万頂点のメッシュを扱い、1フレーム当たりの処理時間は、UEのGeometry Cacheが57msなのに対し、ZibraGDSは10ms。処理時間を約82%削減し、約5.7倍の処理速度を実現している

    CGW:ZibraVDBでは、ゲームエンジン上でライティングを変更できる点も特徴ですね。


    Dmytro:はい。ボリュームデータとして3D空間に存在しているので、光の当たり方を変えられます。炎や煙を画像として焼き付けたフリップブックでは、元の画像に含まれるライティングと、配置先のシーンのライティングが合わない場合があります。ZibraVDBでは、立体のデータを使って、その場のライティングに合わせた描画ができます。

    ▲UE上で、ボリュームへのリアルタイムライティングを示すデモ。事前に計算したボリュームの動きを再生しながら、シーンの照明を反映できる
    ▲UE上に配置したボリュームエフェクトに、色の異なる光を当てたデモ。光の色や当たり方によって、煙の見え方が変わる。ボリュームデータの容量を95〜99%削減した例もあり、削減幅はデータや品質設定によって異なる

    3D生成AIの開発から、データ圧縮の価値に気づくまで

    CGW:お2人の経歴と、Zibra AIの開発の出発点を教えてください。


    Alex:私は主に営業や事業開発に携わってきましたが、ゲームエンジンを使ったコーディングにも取り組んでいました。前の会社を離れた後、ゲーム向けの技術開発をする事業を立ち上げたいと考えたのです。画像生成AIのDALL·Eの論文に刺激を受け、テキストから3Dを生成することが次のステップになるのではないかと考えました。それがZibra AIの出発点です。GPUや3Dに詳しいエンジニアが必要だったので、AMDやUbisoftでの経験をもつAlex Puchkaを迎え、その後に、同じくUbisoft出身のDmytroも加わりました。


    Dmytro:私自身は、Ubisoftなどで3Dグラフィックスの開発に携わってきました。現在はZibra AIでLead 3D Engineerを務めています。


    CGW:設立当初から、データ容量や転送のボトルネックを解消することを目標に掲げていたのでしょうか。


    Alex:最初の目標は3D生成AIの開発でした。ただ、その過程で計算コストの大きさが問題になり、それを解決するために圧縮技術の開発に取り組むようになりました。開発を進める中で、私たちの技術は圧縮の領域でこそ価値を発揮すると気づいたのです。2023年頃にその可能性が見え、2024年には解析的な手法による圧縮へと軸を移していきました。社内で生まれた技術を市場で試したところ、良い反応が得られ、ゲームやエンターテインメントの制作における、ボリュームデータの圧縮に需要があることを確認できたのです。


    CGW:社名には「AI」とありますが、現在展開しているのは、AIで映像やエフェクトそのものを生成する製品ではないのですね。


    Dmytro:はい。以前にはAIを使った圧縮アルゴリズムも試していましたが、処理速度の課題がありました。様々な方法を検討し、より高速に、より良い結果が得られる方式へと改良してきました。

    ▲ロケットの噴煙を含むシーンのデモ。炎や煙のようなボリューム表現を、メカや背景などの3Dアセットと組み合わせて画づくりに活かしている

    圧縮以上に難しかった、GPUで高速に展開するしくみ

    CGW:データを圧縮することで、保存容量だけでなく、描画時の負荷も抑えられるのはなぜでしょうか。


    Dmytro:データは、保存先のドライブからRAMへ読み込まれ、さらにGPUが使うVRAMへと送られます。この移動を圧縮された状態で行えば、転送するデータ量を小さくできます。そしてGPUへ送った後に展開することで、GPUが得意とする並列処理を活かせます。GPUは、小さな同種の処理を大量に並列実行することに向いています。そこで、データを小さなチャンクに分け、GPUで処理しやすい構造にしています。単にファイルを小さくするだけでなく、展開して描画するまでを考えて設計しているのです。

    ▲ZibraVDBの動作原理。ドライブに保存した圧縮フレームをRAMへ読み込み、圧縮状態でVRAMへ転送する。その後、GPUのコンピュートシェーダで展開することで、データ転送の負荷を抑えながらリアルタイムの描画につなげる。ZibraVDBでは、一般にデータを元の約1/20〜1/50に圧縮でき、その分、転送するデータ量も少なくなる

    CGW:現在の方式では、AI技術はどの工程で使われているのでしょうか。


    Alex:圧縮する段階で、各フレームのデータを分析するために使っています。AIによる分析と、実際にデータを圧縮する処理は別です。動作原理の図が示しているのは、すでに圧縮したデータを読み込み、GPUで展開する工程です。AIによる分析は図より前の段階で済ませています。


    CGW:開発する上で、最も大きな技術的ハードルは何でしたか。


    Dmytro:VDBとGDSでは、そもそものデータ構造やしくみが異なります。それぞれに適した最適化を行う必要があり、そこが難しいところでした。また、新しいハードウェアやシェーダの規格に対応するため、設計を見直す必要もありました。


    Alex:特に難しかったのは、圧縮したデータを高速に展開して読み込むしくみの開発です。


    CGW:小さくできても、展開に時間がかかってしまっては、リアルタイムに使えないということですね。


    Alex:そうです。圧縮されたデータを、いかに高速に展開するかが重要なのです。

    ▲Houdini上で爆発のボリュームを表示した作業画面。シミュレーションで得られた緻密なデータを圧縮し、UEなどで使いやすいかたちへと変換する。140フレームのスモークを700MBから23MBへ、179フレームの爆発を4.7GBから138MBへ圧縮し、いずれも約97%の容量を削減した例もある

    保存・転送の負担を減らし、ゲームから映画制作まで活用

    CGW:UEにはNaniteやGeometry Cacheなどの描画技術もあります。ZibraGDSは、それらとどのように役割が異なるのでしょうか。


    Dmytro:Naniteは、画面に必要なジオメトリの細かさを調整するなど、描画を効率化するための技術です。ZibraGDSとは、主に解決しようとしている問題が異なります。用途がより近いのはGeometry Cacheです。比較的小さなデータであれば便利に扱えますが、メッシュの容量が大きくなると、読み込みや転送がボトルネックになってきます。保存先のドライブやSSDの速度も、再生性能に影響します。GDSは、圧縮によって扱うデータ量を減らし、そうした負担を抑えることを目指しています。


    CGW:アーティストの制作には、どのようなメリットがありますか。


    Dmytro:まず、試作を重ねるときの保存容量を節約できます。制作中の再生や確認が速くなることも利点です。また、データのダウンロードや移動に必要な量も減らせます。ゲームでは、使える容量に限りがあります。ひとつのアセットに必要な容量を減らせれば、その分を別のアセットに使ったり、同じシーンにより多くの要素を入れたりできます。単にディスクの空きを増やすだけでなく、表現を豊かにするためにも活用できるのです。


    Alex:開発中だけでなく、完成したゲームをユーザーがダウンロードし、保存するときにも、データが小さいことはメリットになります。

    ▲UE上での、破壊・爆発表現の編集画面。背景やライティングと組み合わせた状態で、シーン全体の仕上がりを検討できる

    CGW:ゲームや映像の分野では、どのような企業や作品で使われているのでしょうか。


    Alex:ゲーム分野ではTencentやソニーの複数のチーム、映像分野ではDNEG(イギリス)、Dimension Studio(イギリス)、Pixomondo(ドイツ)などが導入しています。すでにリリースされているゲームでも10〜15タイトルほどで使われており、映画では『Dune』で活用されています。契約上の理由で、まだ公開できないタイトルも多いです。


    CGW:リアルタイムのゲームだけでなく、映画などのプリレンダリング用途でも使われているのですね。


    Alex:はい。HoudiniとUEを使うケースが多く、当初はプリビズでの利用から始まりました。その後、描画品質が評価され、UEから出力した画を、そのまま本編の最終映像として使う事例も増えています。


    Dmytro:ただ、ユーザーが制作の詳細を全て教えてくださるわけではないので、私たちも個々の作品のワークフローを把握できていない場合があります。


    CGW:日本のアニメなどでも、UEで背景をレンダリングし、ほかの素材と組み合わせる制作方法があります。ボリュームやアニメーションメッシュを扱いやすくする技術は、そうした映像制作にも活用の余地がありそうですね。


    Alex:活用範囲は、ゲームや映像以外の分野にも広がっています。例えばF1チームが、物理シミュレーションデータを圧縮して可視化したり、AI物理モデルの学習に使ったりしています。台湾最大の製鉄会社であるChina Steel Corporationでも、熱・流体シミュレーションデータの最適化に使われています。

    ▲暗い空間に、紫色のポータル状エフェクトと光を組み合わせたデモ。エフェクトの細部だけでなく、背景を含めたシーン全体での見え方をつくり込んでいる

    パーティクルやDCCツール連携の機能も拡充予定。学生・個人にも試せる入口を

    CGW:Zibra AIの、現在の開発体制を教えてください。


    Alex:社員は約15名で、私とエンターテインメント分野を担当するバイスプレジデント、セールス担当者の3人を除くと、ほとんどがエンジニアです。R&D(研究開発)を主に担当するのは2名ですが、研究と製品開発が完全に分かれているわけではありません。研究の成果を製品に反映したり、製品開発から研究側へ課題を戻したりと、柔軟に連携しています。開発はもともとウクライナが中心でしたが、2024年以降は国外からもメンバーが参加するようになりました。現在はアメリカ、イギリス、日本など、複数の地域に分かれて開発しています。


    CGW:今後、どのような機能や連携を強化していく予定ですか。


    Dmytro:ZibraGDSでは、まずパーティクルへの対応を優先しています。火花などは、現在のユーザーが制作しているエフェクトにも組み合わせやすいからです。その先には、ヘアのアニメーションへの対応も考えています。また、Houdiniとの連携を強化し、より高速に処理できるようにしていきたいですね。ZibraVDBも引き続き開発しており、処理速度をさらに高めることを目指しています。フレーム単位で圧縮できるようになれば、複数のマシンへ処理を分配できます。展開してレンダリングする工程もフレームごとに分けられれば、並列に進められます。映画のVFXやゲームのシネマティクスなどにも役立つと考えています。


    Alex:将来的には、MayaなどのAutodeskのアプリケーションや、Blenderなどへの対応も広げていく予定です。

    ▲UE上で、背景と共に炎や煙を確認する作業画面。既存のワークフローの中で扱いやすくするため、各種DCCツールとの連携強化も進めている

    CGW:学生や個人のクリエイターが試せるライセンスもあるのでしょうか。


    Alex:無償ライセンスの条件は製品によって異なります。ZibraVDBは、直近12か月の売上高・資金調達額が10万米ドル未満のインディー開発者であれば、商用でも無償で利用できます。ZibraGDSの無償ライセンスは学生が対象です。教育分野でも活用されており、例えばアメリカのSCAD(サバンナ芸術デザイン大学)には約500ライセンスを提供しています。学習や個人制作でも、ぜひ使っていただきたいですね。


    CGW:最後に、日本のクリエイターへメッセージをお願いします。


    Alex:ゲーム会社やCGスタジオはもちろんのこと、フリーランスや学生の方にも、ぜひ私たちの製品を使っていただきたいです。サポートが必要であれば、私たちや、日本のパートナーであるボーンデジタルへお問い合わせください。

    Dmytro:私は日本の作品が大好きで、日本に住み始めて約2年になります。好きなアニメもたくさんあって、『NARUTO -ナルト-』や『【推しの子】』、『魔法少女まどか☆マギカ』などを観ています。これはZibra AIの担当者としてではなく、いち個人としてのメッセージですが、海外の意見に流されず、日本独自の表現を続けてほしいですね。私たちは、その独自性が好きなのですから(笑)

    TEXT&EDIT_尾形美幸/Miyuki Ogata(CGWORLD)
    TRANSLATION_成川大輔/Daisuke Narukawa(ボーンデジタル)
    文字起こし_大上陽一郎/Yoichiro Oue
    PHOTO_弘田 充/Mitsuru Hirota