Przełomowe osiągnięcia Roblox w dziedzinie 3D i 4D na targach SIGGRAPH 2024

Roblox nieustannie wprowadza innowacje, aby stworzyć wciągającą platformę 3D, na której miliony twórców tworzą awatary, akcesoria i doświadczenia, które pozwalają ludziom na całym świecie łączyć się ze sobą.

Podczas SIGGRAPH, czołowej konferencji poświęconej grafice komputerowej i technikom interaktywnym na całym świecie, podzielimy się nowymi przełomowymi osiągnięciami technologicznymi i algorytmicznymi. Prezentowane prace obejmują nowe metody tworzenia materiałów 3D, które rozciągają się jak guma, szybszy sposób tworzenia awatarów z animacją twarzy oraz włosy, które poruszają się w bardziej realistyczny sposób. Łącznie stanowią one solidne wyniki teoretyczne i prototypy na wczesnym etapie rozwoju, które mają wzmocnić przyszłość immersyjnego 3D. Zapraszamy do udziału w naszych sesjach podczas SIGGRAPH w Denver, gdzie przedstawimy wszystkie szczegóły techniczne.

Coraz bardziej szczegółowe awatary

Awatary są sercem osobistej ekspresji w Roblox, oferując pełną animację twarzy, konfigurowalne ciała, warstwowe ubrania i spójny wygląd na całej platformie. Nasz najnowszy raport „Digital Expressions Report” wykazał, że 88 procent respondentów z pokolenia Z twierdzi, iż wyrażanie siebie w światach przypominających metawersum, takich jak Roblox, prawdopodobnie pomogło im w swobodniejszym wyrażaniu siebie w codziennym życiu. Aby wspierać tę samoekspresję, nieustannie rozwijamy najnowocześniejsze technologie związane z awatarami.

Stworzenie nowego awatara z siatki 3D tradycyjnie wymaga kilku etapów wysoce technicznej pracy. Jest to jedno z wyzwań generacji 4D: rozszerzenie statycznych zasobów 3D, aby były w pełni dynamiczne, interaktywne i kombinatoryczne, tak aby mogły ożyć w doświadczeniu metawersum. Poszczególne etapy, w tym tworzenie szkieletu, rigging i skinning, mogą zająć nawet tydzień na jednego awatara, nawet w przypadku profesjonalnych twórców. Potem trzeba jeszcze trochę popracować, żeby wszystko działało z zaawansowanymi funkcjami naszej platformy, takimi jak ubrania i mimika twarzy.

Możesz doświadczyć wpływu tej technologii na platformę dzięki Avatar Auto Setup, zautomatyzowanemu systemowi, który przekształca model zawierający wyłącznie geometrię wejściową w awatara zgodnego z Roblox, dostosowywalnego, gotowego do animacji, wyposażonego w rig i skórowanego. Dzięki temu systemowi proces, który kiedyś zajmował nawet tydzień, można teraz zakończyć w ciągu kilku minut.

Jednym z popularnych sposobów wyrażania siebie w Roblox jest zmiana fryzury awatara. Tylko w 2023 roku użytkownicy Roblox zakupili ponad 139 milionów fryzur, a 7,3 miliona użytkowników kupiło pięć lub więcej fryzur. Jednak uzyskanie realistycznej fryzury, w której każdy pasmo porusza się tak, jak w świecie rzeczywistym, jest niezwykle trudne. Średnio ludzka skóra głowy ma od 100 000 do 150 000 mieszków włosowych. Symulowanie, przechowywanie i przesyłanie złożonych geometrii w tej skali jest trudne zarówno pod względem wydajności obliczeniowej, jak i niezawodności.

W artykule „Real-time Physically Guided Hair Interpolation” Cem Yuksel z Roblox oraz jego koledzy z LightSpeed Studios i Uniwersytetu Utah przedstawiają nowatorski schemat interpolacji włosów oparty na fizyce, który wykorzystuje istniejące dane symulowanych włosów przewodnich. Praca ta znacznie poprawia jakość wizualną renderowania włosów w grach, praktycznie bez dodatkowych kosztów.

Realistyczna symulacja i renderowanie 3D

Twórcy na platformie Roblox tworzą nie tylko doświadczenia, w których ludzie uczestniczą, aby grać lub nawiązywać kontakty, ale także obiekty, które wypełniają te doświadczenia. Ponieważ Roblox staje się dostępny na coraz większej liczbie platform, od urządzeń z systemem Android o niższej rozdzielczości po konsole do gier o wysokiej rozdzielczości lub zestawy VR, ważne jest, aby obiekty te mogły być wyświetlane w najlepszej możliwej rozdzielczości na urządzeniu użytkownika.

Światło i cienie często stanowią wyzwanie dla renderowania 3D. Ostatnie badania przyniosły ogromny postęp, ale istniejące metody mogą powodować rozmycie przy użyciu efektów kamery, takich jak głębia ostrości i antyaliasing. We współpracy z firmą NVIDIA i Uniwersytetem Utah, Cem Yuksel z Roblox przedstawia „Area ReSTIR: Resampling for Real-Time Defocus and Antialiasing”. Praca ta wprowadza próbkowanie obszarowe do ReSTIR, co pozwala skuteczniej rozwiązywać problemy związane z tymi efektami kamery. Efektem końcowym jest lepsze rozróżnienie między światłem a cieniem oraz większa szczegółowość przy mniejszej liczbie wymaganych próbek.

Ta sama scena uliczna przedstawiona przy użyciu naszego nowego Area ReSTIR, z ulepszeniami w zakresie oświetlenia i cieni.

W artykule „A Unified Differentiable Boolean Operator with Fuzzy Logic” Hsueh Derek Liu z firmy Roblox wraz z zespołem przedstawiają metodę, która umożliwia generatywną sztuczną inteligencję dla reprezentacji 3D w konstruktywnej geometrii bryłowej (CSG). Symulator fizyki firmy Roblox czerpie swoją solidność z modelowania bryłowego stosowanego w przemyśle inżynieryjnym za pomocą CSG, co dodatkowo ułatwia tworzenie realistycznych wirtualnych kształtów. W branży rozrywkowej częściej stosuje się modelowanie cienkich powierzchni, ale nie odzwierciedla ono objętości wewnątrz obiektu. CSG było wcześniej niekompatybilne z generatywną sztuczną inteligencją, ponieważ etap różniczkowania podczas szkolenia i stosowania sztucznej inteligencji do geometrii wymaga właściwości matematycznej podobnej do ciągłej ewolucji kształtów. Wymyślając nową matrycę matematyczną do wykonywania operacji „rozmytych”, odblokowaliśmy różniczkowalne CSG, a następnie zbudowaliśmy na tej podstawie generatywną sztuczną inteligencję CSG.

Od prawie dwóch dekad nasza platforma i kwitnąca na niej społeczność czerpią siłę z innowacji technicznych, dzięki znacznym inwestycjom Roblox w badania i rozwój. Doskonałe badania i rozwój wymagają podejmowania ryzyka i uczciwej oceny. Nie wszystkie nasze badania i prace rozwojowe przynoszą wyniki, które mają odpowiednią formę lub pojawiają się w odpowiednim czasie, aby stać się funkcjami produktu, a prace opisane w tym artykule mają charakter spekulacyjny i są ukierunkowane na przyszłość. Cieszymy się jednak, że niektóre z nowych technik opisanych tutaj są już częścią narzędzi dostępnych dla twórców Roblox, umożliwiając tworzenie bardziej realistycznych awatarów i światów 3D. Wszystkie badania są krokami w kierunku rozwoju całej dziedziny oraz technologii platform immersyjnych 3D.

W zakresie sztucznej inteligencji, awatarów, fizyki i grafiki z radością podzielimy się z całym światem zestawem nowych osiągnięć podczas SIGGRAPH 2024.