Roblox 於 SIGGRAPH 2024 展現 3D 與 4D 技術突破
Roblox 持續不斷地創新，致力打造一個 3D 沉浸式平台，讓數百萬創作者在此製作虛擬角色、配件及體驗內容，使世界各地的人們得以相互連結。
在 SIGGRAPH——全球頂尖的電腦圖形與互動技術會議上，我們將分享最新的技術與演算法突破。本次分享的研究成果包括：實現如橡膠般可伸縮的 3D 材質的新方法、更快速生成具備臉部動畫的虛擬角色，以及更逼真自然地擺動的髮絲。這些成果既是堅實的理論成果，也是賦能未來沉浸式 3D 技術的早期原型。 歡迎蒞臨丹佛SIGGRAPH大會的專題講座，深入了解完整技術細節。
日益精細的虛擬角色
在 Roblox 上，虛擬角色是個人表達的核心，具備完整的臉部動畫、可自訂的身體、分層服裝，以及跨平台一致的外觀。我們最近的《數位表達報告》發現，88% 的 Z 世代受訪者表示，在 Roblox 等類元宇宙世界中表達自我，很可能幫助他們在日常生活中更自在地展現自我。為了支持這種自我表達，我們持續推動虛擬角色技術的最新發展。
傳統上，從 3D 網格建構新虛擬角色需要經過多個階段的高技術性工作。這正是 4D 生成技術面臨的挑戰之一：將靜態的 3D 資產擴展為完全動態、互動且可組合的形式，使其能在元宇宙體驗中栩栩如生。 相關流程包含骨架籠化、綁定與貼皮等步驟，即使對專業創作者而言，每個虛擬角色也可能耗時長達一週。此外，還需進行額外作業，以確保與我們平台先進的服裝及面部表情功能相容。
您可透過「虛擬角色自動設定」體驗這項技術對平台帶來的影響。這是一套自動化系統，能將僅含幾何結構的輸入模型，轉換為相容於 Roblox、可自訂、支援動畫、已建構骨骼系統並貼圖完成的虛擬角色。借助此系統，過去需耗時長達一週的流程，如今僅需數分鐘即可完成。
在 Roblox 上，改變虛擬角色的髮型是人們展現自我的熱門方式之一。僅在 2023 年，Roblox 用戶就購買了超過 1.39 億款髮型，其中更有 730 萬名用戶購買了五款或更多髮型。然而，要打造出逼真的髮型——讓每一縷髮絲都能像在現實世界中那樣自然擺動——是一項極具挑戰性的任務。 人類頭皮平均擁有約 10 萬至 15 萬個毛囊。在如此大規模下，模擬、儲存及傳輸複雜的幾何結構，無論在運算效率或系統穩健性方面都極具難度。
在論文《即時物理驅動髮絲插值》（Real-time Physically Guided Hair Interpolation）中，Roblox 的 Cem Yuksel 及其來自 LightSpeed Studios 和猶他大學的同事，提出了一種利用現有模擬引導髮絲數據的創新物理驅動髮絲插值方案。這項研究在幾乎不增加額外負擔的情況下，大幅提升了體驗中的髮絲渲染視覺品質。
逼真的 3D 模擬與渲染
Roblox 上的創作者不僅打造人們參與遊玩或互動的體驗，也創造充實這些體驗的各種物件。隨著 Roblox 登陸越來越多的平台——從解析度較低的 Android 裝置，到高解析度的遊戲主機或 VR 頭戴裝置——確保這些物件能在用戶裝置上以最佳解析度呈現至關重要。
光影效果往往是 3D 渲染面臨的挑戰。儘管近期研究已取得重大進展，但現有方法在處理景深與抗鋸齒等相機效果時，仍可能出現模糊現象。Roblox 的 Cem Yuksel 與 NVIDIA 及猶他大學合作，發表了《Area ReSTIR：用於即時失焦與抗鋸齒的重採樣》一文。這項研究將區域採樣技術引入 ReSTIR，能更有效率地解決這些相機效果帶來的問題。 最終成果是光影之間的輪廓更加清晰，細節更豐富，且所需採樣次數更少。
使用我們全新的 Area ReSTIR 呈現的同一街景，光影效果已獲得改善。
在論文《結合模糊邏輯的統一可微布林運算子》中，Roblox 的 Hsueh Derek Liu 及其同事提出了一種方法，使生成式 AI 能應用於構建式實體幾何（CSG）的 3D 表現。Roblox 的物理模擬器其穩健性源自透過 CSG 進行的工程產業實體建模，這同時也簡化了可信虛擬形狀的創建。 娛樂產業中常見的薄面建模雖較為普及，卻無法呈現物體內部體積。CSG 過去之所以與生成式 AI 不相容，是因為在訓練及將 AI 應用於幾何時，其微分步驟需要類似於形狀連續演變的數學特性。透過發明一種用於執行「模糊」運算的新數學基元，我們解鎖了可微分 CSG，並據此建構出 CSG 生成式 AI。
近二十年來，得益於 Roblox 在研發上的重金投入，我們的平台及其蓬勃發展的社群始終受到技術創新的驅動。卓越的研發需要勇於承擔風險並進行客觀評估。並非所有研發探索都能在恰當的形式或時機下取得成果，進而成為產品功能；本文所述的工作具有前瞻性且屬概念性探索。 然而，我們很高興文中所述的部分新技術已融入 Roblox 創作者可用的工具中，為更逼真的虛擬角色與 3D 世界開啟了新可能。所有研究都是推動整個領域及 3D 沉浸式平台技術進步的關鍵一步。
涵蓋人工智慧、虛擬角色、物理模擬與圖形技術等領域，我們期待在 SIGGRAPH 2024 大會上向全球分享一系列最新進展。
