Avanços em 3D e 4D da Roblox na SIGGRAPH 2024

A Roblox inova incessantemente para construir uma plataforma 3D imersiva onde milhões de criadores criam avatares, acessórios e experiências que permitem que pessoas de todo o mundo se conectem umas com as outras.

Na SIGGRAPH, a principal conferência mundial sobre computação gráfica e técnicas interativas, compartilharemos novos avanços tecnológicos e algorítmicos. O trabalho que estamos apresentando inclui novos métodos para criar materiais 3D que se esticam como borracha, uma maneira mais rápida de produzir avatares com animação facial e cabelos que se movem de forma mais realista. Combinados, esses são resultados teóricos sólidos e protótipos em estágio inicial para impulsionar o futuro do 3D imersivo. Participe de nossas sessões na SIGGRAPH em Denver para conhecer todos os detalhes técnicos.

Avatares cada vez mais detalhados

Os avatares são o coração da expressão pessoal no Roblox, com animação facial completa, corpos configuráveis, roupas em camadas e aparência consistente em toda a plataforma. Nosso recente Relatório de Expressões Digitais revelou que 88% dos entrevistados da Geração Z afirmam que se expressar em mundos semelhantes ao metaverso, como o Roblox, provavelmente os ajudou a se expressar com mais conforto em suas vidas cotidianas. Para apoiar essa autoexpressão, continuamos a aprimorar o estado da arte em tecnologia de avatares.

Criar um novo avatar a partir de uma malha 3D tradicionalmente requer várias etapas de trabalho altamente técnico. Esse é um dos desafios da geração 4D: transformar recursos 3D estáticos em elementos totalmente dinâmicos, interativos e combinatórios, para que possam ganhar vida em uma experiência de metaverso. As etapas envolvidas, incluindo caging, rigging e skinning, podem levar até uma semana por avatar, mesmo para criadores profissionais. É necessário, então, trabalho adicional para garantir a compatibilidade com os recursos avançados de roupas e expressões faciais da nossa plataforma.

Você pode experimentar o impacto dessa tecnologia na plataforma por meio do Avatar Auto Setup, um sistema automatizado que converte um modelo de apenas geometria de entrada em um avatar compatível com o Roblox, personalizável, pronto para animação, com rigging e texturizado. Com esse sistema, um processo que antes levava até uma semana agora pode ser concluído em minutos.

Uma maneira popular de as pessoas se expressarem no Roblox é alterando o cabelo de seus avatares. Somente em 2023, os usuários do Roblox compraram mais de 139 milhões de penteados, e 7,3 milhões de usuários adquiriram cinco ou mais penteados. Mas conseguir um penteado realista, com cada fio se movendo como no mundo físico, é extremamente desafiador. Em média, o couro cabeludo humano tem entre 100 mil e 150 mil folículos capilares. Simular, armazenar e transferir geometrias complexas nessa escala é difícil tanto em termos de eficiência computacional quanto de robustez.

Em seu artigo “Real-time Physically Guided Hair Interpolation” (Interpolação de cabelos guiada fisicamente em tempo real), Cem Yuksel, da Roblox, e seus colegas da LightSpeed Studios e da Universidade de Utah apresentam um novo esquema de interpolação de cabelos orientado fisicamente que utiliza dados simulados existentes de cabelos-guia. Esse trabalho melhora substancialmente a qualidade visual da renderização de cabelos para experiências praticamente sem sobrecarga.

Simulação e renderização 3D realistas

Os criadores no Roblox criam não apenas as experiências nas quais as pessoas participam para jogar ou se conectar, mas também os objetos que compõem essas experiências. À medida que o Roblox se torna disponível em mais plataformas, variando de um Android de baixa resolução a um console de jogos de alta resolução ou fone de ouvido de RV, é importante que esses objetos possam ser exibidos na melhor resolução possível no dispositivo do usuário.

Luz e sombras costumam representar um desafio para a renderização 3D. Pesquisas recentes fizeram grandes avanços, mas os métodos existentes podem apresentar desfoque com efeitos de câmera como profundidade de campo e antialiasing. Em colaboração com a NVIDIA e a Universidade de Utah, Cem Yuksel, da Roblox, apresenta “Area ReSTIR: Resampling for Real-Time Defocus and Antialiasing”. Este trabalho introduz a amostragem de área ao ReSTIR, o que resolve esses efeitos de câmera de forma mais eficiente. O resultado final é uma definição aprimorada entre luz e sombras e maior nível de detalhes, com menos amostras necessárias.

A mesma cena de rua exibida com nosso novo Area ReSTIR, com melhorias na iluminação e nas sombras.

Em seu artigo “A Unified Differentiable Boolean Operator with Fuzzy Logic”, Hsueh Derek Liu e colegas da Roblox apresentam um método que permite a IA generativa para representações 3D de geometria sólida construtiva (CSG). O simulador de física da Roblox deriva sua robustez da modelagem sólida da indústria de engenharia por meio da CSG, o que também simplifica a criação de formas virtuais plausíveis. A modelagem de superfícies finas da indústria do entretenimento é mais comum, mas não representa o volume dentro de um objeto. A CSG era anteriormente incompatível com a IA generativa porque a etapa de diferenciação do treinamento e da aplicação da IA à geometria requer uma propriedade matemática semelhante à evolução contínua de formas. Ao inventar uma nova primitiva matemática para realizar operações “fuzzy”, desbloqueamos a CSG diferenciável e, a partir dela, construímos uma IA generativa CSG.

Por quase duas décadas, nossa plataforma e a comunidade que nela prospera têm sido impulsionadas pela inovação técnica, graças aos pesados investimentos da Roblox em P&D. Um bom trabalho de P&D exige risco e avaliação honesta. Nem todas as nossas investigações de P&D alcançam resultados que tenham a forma certa ou cheguem no momento certo para se tornarem recursos de produtos, e o trabalho descrito neste artigo é especulativo e voltado para o futuro. No entanto, estamos satisfeitos que algumas das novas técnicas descritas aqui já façam parte de ferramentas disponíveis para os criadores da Roblox, possibilitando avatares e mundos 3D mais realistas. Todas as investigações são passos para o avanço do campo como um todo e da tecnologia para plataformas imersivas 3D.

Em áreas como IA, avatares, física e gráficos, estamos animados para compartilhar um conjunto de novos avanços com o mundo na SIGGRAPH 2024.