Roblox 3D- und 4D-Durchbrüche auf der SIGGRAPH 2024

Roblox arbeitet unermüdlich an Innovationen, um eine immersive 3D-Plattform zu schaffen, auf der Millionen von Entwicklern Avatare, Accessoires und Erlebnisse gestalten, die es Menschen auf der ganzen Welt ermöglichen, miteinander in Kontakt zu treten.

Auf der SIGGRAPH, der weltweit führenden Konferenz für Computergrafik und interaktive Techniken, werden wir neue technologische und algorithmische Durchbrüche vorstellen. Zu den vorgestellten Arbeiten gehören neue Methoden für 3D-Materialien, die sich wie Gummi dehnen lassen, eine schnellere Methode zur Erstellung von Avataren mit Gesichtsanimationen sowie Haare, die sich naturgetreuer bewegen. Zusammen genommen sind dies überzeugende theoretische Ergebnisse und Prototypen im Frühstadium, die die Zukunft des immersiven 3D vorantreiben. Besuchen Sie unsere Vorträge auf der SIGGRAPH in Denver, um alle technischen Details zu erfahren.

Immer detailliertere Avatare

Avatare sind das Herzstück der persönlichen Ausdrucksmöglichkeiten auf Roblox, mit vollständiger Gesichtsanimation, konfigurierbaren Körpern, mehrschichtiger Kleidung und einem einheitlichen Erscheinungsbild auf der gesamten Plattform. Unser aktueller „Digital Expressions Report“ ergab, dass 88 Prozent der Befragten der Generation Z angeben, dass der Ausdruck ihrer Persönlichkeit in metaversenähnlichen Welten wie Roblox ihnen wahrscheinlich dabei geholfen hat, sich in ihrem Alltag wohler zu fühlen. Um diese Selbstdarstellung zu unterstützen, treiben wir die Entwicklung der Avatar-Technologie weiter voran.

Die Erstellung eines neuen Avatars aus einem 3D-Netz erfordert traditionell mehrere Phasen hochtechnischer Arbeit. Dies ist eine der Herausforderungen der 4D-Generierung: die Erweiterung statischer 3D-Assets, damit sie vollständig dynamisch, interaktiv und kombinierbar sind und so in einer Metaverse-Erfahrung zum Leben erweckt werden können. Die damit verbundenen Schritte, darunter Caging, Rigging und Skinning, können selbst für professionelle Entwickler bis zu einer Woche pro Avatar in Anspruch nehmen. Anschließend ist zusätzlicher Aufwand erforderlich, um die Kompatibilität mit den fortschrittlichen Funktionen unserer Plattform für Kleidung und Gesichtsausdrücke sicherzustellen.

Sie können die Auswirkungen dieser Technologie auf der Plattform über „Avatar Auto Setup“ erleben, ein automatisiertes System, das ein reines Geometrie-Modell in einen Roblox-kompatiblen, anpassbaren, animationsfähigen, geriggten und geskinnten Avatar umwandelt. Mit diesem System lässt sich ein Prozess, der früher bis zu einer Woche dauerte, nun in wenigen Minuten abschließen.

Eine beliebte Möglichkeit für Nutzer, sich auf Roblox auszudrücken, ist das Ändern der Frisur ihres Avatars. Allein im Jahr 2023 kauften Roblox-Nutzer mehr als 139 Millionen Frisuren, und 7,3 Millionen Nutzer erwarben fünf oder mehr Frisuren. Eine realistische Frisur zu erzielen, bei der sich jede Strähne so bewegt, wie es in der physischen Welt der Fall wäre, ist jedoch eine enorme Herausforderung. Im Durchschnitt verfügt die menschliche Kopfhaut über etwa 100.000 bis 150.000 Haarfollikel. Die Simulation, Speicherung und Übertragung komplexer Geometrien in dieser Größenordnung ist sowohl hinsichtlich der Recheneffizienz als auch der Robustheit schwierig.

In ihrer Arbeit „Real-time Physically Guided Hair Interpolation“ stellen Cem Yuksel von Roblox und seine Kollegen von LightSpeed Studios und der University of Utah ein neuartiges, physikalisch gesteuertes Haarinterpolationsverfahren vor, das vorhandene simulierte Referenzhaardaten nutzt. Diese Arbeit verbessert die visuelle Qualität der Haarwiedergabe für Erlebnisse erheblich, und das nahezu ohne zusätzlichen Aufwand.

Realistische 3D-Simulation und -Rendering

Entwickler auf Roblox erstellen nicht nur die Erlebnisse, an denen Nutzer teilnehmen, um zu spielen oder Kontakte zu knüpfen, sondern auch die Objekte, die diese Erlebnisse bevölkern. Da Roblox auf immer mehr Plattformen verfügbar wird – von Android-Geräten mit niedriger Auflösung bis hin zu hochauflösenden Spielekonsolen oder VR-Headsets –, ist es wichtig, dass diese Objekte auf dem Gerät des Nutzers in der bestmöglichen Auflösung dargestellt werden können.

Licht und Schatten stellen beim 3D-Rendering oft eine Herausforderung dar. Die Forschung hat in letzter Zeit große Fortschritte gemacht, doch bei bestehenden Methoden kann es bei Kameraeffekten wie Tiefenschärfe und Antialiasing zu Unschärfen kommen. In Zusammenarbeit mit NVIDIA und der University of Utah präsentiert Cem Yuksel von Roblox „Area ReSTIR: Resampling for Real-Time Defocus and Antialiasing“. Diese Arbeit führt Area Sampling in ReSTIR ein, wodurch diese Kameraeffekte effizienter gelöst werden. Das Endergebnis ist eine verbesserte Definition zwischen Licht und Schatten sowie eine höhere Detailgenauigkeit bei geringerem Sampling-Aufwand.

Dieselbe Straßenszene, dargestellt mit unserem neuen Area ReSTIR, mit Verbesserungen bei Beleuchtung und Schatten.

In ihrer Arbeit „A Unified Differentiable Boolean Operator with Fuzzy Logic“ stellen Hsueh Derek Liu und Kollegen von Roblox eine Methode vor, die generative KI für 3D-Darstellungen in konstruktiver Festkörpergeometrie (CSG) ermöglicht. Der Physiksimulator von Roblox bezieht seine Robustheit aus der Festkörpermodellierung der Maschinenbauindustrie mittels CSG, was auch die Erstellung plausibler virtueller Formen vereinfacht. Die in der Unterhaltungsindustrie übliche Modellierung dünner Oberflächen ist zwar verbreiteter, stellt jedoch nicht das Volumen im Inneren eines Objekts dar. CSG war bisher mit generativer KI unvereinbar, da der Differenzierungsschritt beim Training und der Anwendung von KI auf Geometrie eine mathematische Eigenschaft erfordert, die der kontinuierlichen Entwicklung von Formen ähnelt. Durch die Erfindung einer neuen mathematischen Grundoperation zur Durchführung „fuzzyer“ Operationen haben wir differenzierbare CSG erschlossen und darauf aufbauend eine generative CSG-KI entwickelt.

Seit fast zwei Jahrzehnten werden unsere Plattform und die darauf blühende Community durch technische Innovationen vorangetrieben, dank der hohen Investitionen von Roblox in Forschung und Entwicklung. Großartige Forschung und Entwicklung erfordert Risikobereitschaft und ehrliche Bewertung. Nicht alle unsere Forschungs- und Entwicklungsvorhaben führen zu Ergebnissen, die in der richtigen Form oder zum richtigen Zeitpunkt vorliegen, um zu Produktfunktionen zu werden, und die in diesem Artikel beschriebene Arbeit ist spekulativ und zukunftsorientiert. Wir freuen uns jedoch, dass einige der hier beschriebenen neuen Techniken bereits Teil von Tools sind, die Roblox-Entwicklern zur Verfügung stehen und realistischere Avatare und 3D-Welten ermöglichen. Alle Untersuchungen sind Schritte zur Weiterentwicklung des gesamten Fachgebiets und der Technologie für immersive 3D-Plattformen.

In den Bereichen KI, Avatare, Physik und Grafik freuen wir uns darauf, auf der SIGGRAPH 2024 eine Reihe neuer Fortschritte mit der Welt zu teilen.