Những đột phá về 3D và 4D của Roblox tại SIGGRAPH 2024

Roblox không ngừng đổi mới để xây dựng một nền tảng 3D nhập vai, nơi hàng triệu nhà sáng tạo tạo ra các avatar, phụ kiện và trải nghiệm cho phép mọi người trên khắp thế giới kết nối với nhau.

Tại SIGGRAPH, hội nghị hàng đầu thế giới về đồ họa máy tính và kỹ thuật tương tác, chúng tôi sẽ chia sẻ những đột phá công nghệ và thuật toán mới. Các công trình chúng tôi chia sẻ bao gồm các phương pháp mới để tạo ra vật liệu 3D có thể co giãn như cao su, cách thức nhanh hơn để tạo ra avatar với hoạt ảnh khuôn mặt, và mái tóc chuyển động một cách chân thực hơn. Kết hợp lại, đây là những kết quả lý thuyết vững chắc và các nguyên mẫu giai đoạn đầu nhằm thúc đẩy tương lai của 3D nhập vai. Hãy tham gia các phiên họp của chúng tôi tại SIGGRAPH ở Denver để biết chi tiết kỹ thuật đầy đủ.

Avatar ngày càng chi tiết

Avatar là trung tâm của sự thể hiện cá nhân trên Roblox, với hoạt ảnh khuôn mặt đầy đủ, cơ thể có thể tùy chỉnh, trang phục nhiều lớp và ngoại hình nhất quán trên toàn nền tảng. Báo cáo Digital Expressions gần đây của chúng tôi cho thấy 88% người trả lời thuộc thế hệ Z cho biết việc thể hiện bản thân trong các thế giới tương tự metaverse như Roblox có thể đã giúp họ thoải mái hơn trong việc thể hiện bản thân trong cuộc sống hàng ngày. Để hỗ trợ sự thể hiện này, chúng tôi tiếp tục nâng cao tiêu chuẩn công nghệ avatar.

Việc tạo ra một avatar mới từ mô hình 3D truyền thống đòi hỏi nhiều giai đoạn công việc kỹ thuật phức tạp. Đây là một trong những thách thức của việc tạo avatar 4D: mở rộng các tài sản 3D tĩnh để trở nên hoàn toàn động, tương tác và có thể kết hợp linh hoạt, nhằm mang lại sự sống động trong trải nghiệm metaverse. Các công đoạn liên quan, bao gồm caging, rigging và skinning, có thể mất tới một tuần cho mỗi avatar, ngay cả đối với những nhà sáng tạo chuyên nghiệp. Sau đó, cần phải thực hiện thêm các công việc khác để đảm bảo tính tương thích với các tính năng quần áo và biểu cảm khuôn mặt tiên tiến của nền tảng của chúng tôi.

Bạn có thể trải nghiệm tác động của công nghệ này trên nền tảng thông qua Avatar Auto Setup, một hệ thống tự động chuyển đổi mô hình chỉ có hình học đầu vào thành một avatar tương thích với Roblox, có thể tùy chỉnh, sẵn sàng cho hoạt hình, được gắn khung xương và bọc da. Với hệ thống này, một quy trình từng mất tới một tuần nay có thể hoàn thành trong vài phút.

Một cách phổ biến để người dùng thể hiện bản thân trên Roblox là thay đổi kiểu tóc của avatar. Chỉ riêng trong năm 2023, người dùng Roblox đã mua hơn 139 triệu kiểu tóc, và 7,3 triệu người dùng đã mua năm kiểu tóc trở lên. Tuy nhiên, việc tạo ra một kiểu tóc chân thực, với từng sợi tóc di chuyển như trong thế giới thực, là một thách thức cực kỳ lớn. Trung bình, da đầu con người có khoảng từ 100.000 đến 150.000 nang tóc. Việc mô phỏng, lưu trữ và truyền tải các hình học phức tạp ở quy mô đó là khó khăn cả về hiệu quả tính toán lẫn độ tin cậy.

Trong bài báo “Real-time Physically Guided Hair Interpolation” (Nội suy tóc theo hướng dẫn vật lý thời gian thực), Cem Yuksel của Roblox cùng các đồng nghiệp từ LightSpeed Studios và Đại học Utah đã giới thiệu một phương pháp nội suy tóc theo hướng dẫn vật lý mới, sử dụng dữ liệu tóc hướng dẫn mô phỏng hiện có. Công trình này cải thiện đáng kể chất lượng hình ảnh của việc hiển thị tóc cho các trải nghiệm mà hầu như không tốn chi phí.

Mô phỏng và hiển thị 3D thực tế

Các nhà sáng tạo trên Roblox không chỉ tạo ra những trải nghiệm mà mọi người tham gia để chơi hoặc kết nối, mà còn tạo ra các đối tượng xuất hiện trong những trải nghiệm đó. Khi Roblox có mặt trên nhiều nền tảng hơn, từ Android có độ phân giải thấp đến máy chơi game hoặc tai nghe VR có độ phân giải cao, điều quan trọng là các đối tượng này phải được hiển thị ở độ phân giải tốt nhất có thể trên thiết bị của người dùng.

Ánh sáng và bóng đổ thường là thách thức đối với việc hiển thị 3D. Nghiên cứu gần đây đã đạt được nhiều tiến bộ, nhưng các phương pháp hiện tại có thể gặp hiện tượng mờ khi áp dụng các hiệu ứng máy ảnh như độ sâu trường ảnh và khử răng cưa. Cùng với NVIDIA và Đại học Utah, Cem Yuksel của Roblox giới thiệu “Area ReSTIR: Resampling for Real-Time Defocus and Antialiasing”. Công trình này áp dụng kỹ thuật lấy mẫu theo vùng vào ReSTIR, giúp giải quyết các hiệu ứng máy ảnh này một cách hiệu quả hơn. Kết quả cuối cùng là sự phân biệt rõ ràng hơn giữa ánh sáng và bóng tối cùng chi tiết cao hơn, đồng thời giảm thiểu số lượng mẫu cần thiết.

Cảnh đường phố tương tự được hiển thị bằng công nghệ Area ReSTIR mới của chúng tôi, với những cải tiến về ánh sáng và bóng đổ.

Trong bài báo “A Unified Differentiable Boolean Operator with Fuzzy Logic” (Một toán tử Boolean có thể vi phân thống nhất với logic mờ), Hsueh Derek Liu và các đồng nghiệp tại Roblox trình bày một phương pháp cho phép AI tạo ra các biểu diễn 3D theo hình học rắn xây dựng (CSG). Trình mô phỏng vật lý của Roblox lấy độ bền vững từ mô hình rắn trong ngành kỹ thuật thông qua CSG, điều này cũng đơn giản hóa việc tạo ra các hình dạng ảo hợp lý. Mô hình bề mặt mỏng trong ngành giải trí phổ biến hơn nhưng không thể hiện thể tích bên trong một vật thể. Trước đây, CSG không tương thích với AI tạo hình vì bước vi phân trong quá trình huấn luyện và áp dụng AI vào hình học đòi hỏi một tính chất toán học tương tự như sự tiến hóa liên tục của hình dạng. Bằng cách phát minh ra một nguyên tố toán học mới để thực hiện các phép toán “mơ hồ”, chúng tôi đã mở khóa CSG có thể vi phân, và sau đó xây dựng một AI tạo hình CSG từ đó.

Trong gần hai thập kỷ qua, nền tảng của chúng tôi và cộng đồng đang phát triển mạnh mẽ trên đó đã được hỗ trợ bởi những đổi mới kỹ thuật, nhờ vào những khoản đầu tư lớn của Roblox vào nghiên cứu và phát triển (R&D). Nghiên cứu và phát triển xuất sắc đòi hỏi sự mạo hiểm và đánh giá trung thực. Không phải tất cả các nghiên cứu và phát triển của chúng tôi đều đạt được kết quả phù hợp hoặc đúng thời điểm để trở thành các tính năng sản phẩm, và công việc được mô tả trong bài viết này mang tính suy đoán và hướng tới tương lai. Tuy nhiên, chúng tôi rất vui vì một số kỹ thuật mới được mô tả ở đây đã trở thành một phần của các công cụ dành cho các nhà sáng tạo Roblox, giúp tạo ra các avatar và thế giới 3D chân thực hơn. Tất cả các nghiên cứu đều là những bước tiến nhằm phát triển toàn bộ lĩnh vực này cũng như công nghệ cho các nền tảng 3D nhập vai.

Trong các lĩnh vực AI, avatar, vật lý và đồ họa, chúng tôi rất hào hứng được chia sẻ một loạt những tiến bộ mới với thế giới tại SIGGRAPH 2024.