Avances de Roblox 3D y 4D en SIGGRAPH 2024
Roblox innova sin descanso para construir una plataforma de inmersión 3D en la que millones de creadores crean avatares, accesorios y experiencias que le permiten a las personas de todo el mundo conectar entre sí.
En SIGGRAPH, la principal conferencia mundial sobre gráficos por ordenador y técnicas interactivas, compartiremos nuevos avances tecnológicos y algorítmicos. El trabajo que compartimos incluye nuevos métodos para permitir materiales 3D que se pueden estirar como el caucho, una forma más rápida de producir avatares con animación facial y cabello que se mueve de una manera más realista. Combinados, son resultados teóricos sólidos y prototipos en fase inicial para potenciar el futuro del 3D inmersivo. Únete a nuestras sesiones de SIGGRAPH en Denver para conocer todos los detalles técnicos.
Avatares cada vez más detallados
Los avatares son el corazón de la expresión personal en Roblox, con animación facial completa, cuerpos configurables, ropa por capas y una apariencia constante en toda la plataforma. Nuestro reciente reporte de expresión digital descubrió que el 88 % de los encuestados de la Generación Z afirman que expresarse en mundos metaversales como Roblox probablemente les ayudó a expresarse más cómodamente en su vida cotidiana. Para apoyar esta autoexpresión, seguimos avanzando en el estado del arte de la tecnología de avatares.
Crear un avatar nuevo a partir de una malla 3D tradicionalmente requiere de varias etapas de trabajo altamente técnico. Este es uno de los desafíos de la generación en 4D: ampliar los activos 3D estáticos para que sean totalmente dinámicos, interactivos y combinables, de modo que puedan cobrar vida en una experiencia de metaverso. Las fases de caging, rigging y skinning pueden tomar hasta una semana por avatar, incluso a los creadores profesionales. Se requiere trabajo adicional para asegurar la compatibilidad con nuestra plataforma y las características avanzadas de ropa y expresión facial.
En su plática “Configuración automática de cuerpo y cara de extremo a extremo para avatares 3D generativos o creados por el usuario” los equipos de Avatar y CoreAI de Roblox presentan una secuencia lineal de varios pasos que combina el aprendizaje automático y las técnicas de procesamiento geométrico. Este método hace que el proceso de creación de avatares sea significativamente más rápido y fácil, y permite a los creadores menos experimentados diseñar y subir sus propios avatares totalmente funcionales.
Puedes experimentar el impacto de esta tecnología en la plataforma a través de la configuración automática de avatares, un sistema automatizado que convierte un modelo de entrada geométrico en un avatar compatible con Roblox, personalizable, listo para animaciones, y que ya pasó por las etapas de rigging y skinning. Con este sistema, un proceso que antes tomaba hasta una semana ahora puede completarse en minutos.
Una forma popular de que la gente se exprese en Roblox es cambiando el cabello de sus avatares. Solo en 2023, los usuarios de Roblox compraron más de 139 millones de peinados y 7.3 millones de usuarios compraron cinco o más peinados. Pero lograr un peinado realista, con cada hebra moviéndose como lo haría en el mundo físico, es extremadamente difícil. En promedio, el cuero cabelludo humano tiene entre 100 y 150 mil folículos pilosos. Simular, almacenar y transferir geometrías complejas a esa escala es difícil tanto en términos de eficiencia computacional como de robustez.
En su artículo “Interpolación de cabello físicamente guiada en tiempo real” Cem Yuksel, de Roblox, y sus colegas de LightSpeed Studios y la Universidad de Utah presentan un novedoso esquema de interpolación del pelo basado en la física que utiliza los datos existentes del pelo guía simulado. Este trabajo mejora sustancialmente la calidad visual del renderizado del cabello para experiencias con casi nada de sobrecarga.
Simulación y renderizado realistas en 3D
Los creadores de Roblox no solo crean las experiencias a las que la gente se une para jugar o conectar, sino también los objetos que pueblan esas experiencias. A medida que Roblox está disponible en más plataformas, desde un Android de baja resolución hasta una consola de videojuegos o un casco de realidad virtual de alta resolución, es importante que estos objetos puedan mostrarse con la mejor resolución posible en el dispositivo del usuario.
La luz y las sombras a menudo suponen un reto para el renderizado 3D. La investigación más reciente hizo grandes avances, pero los métodos existentes pueden verse borrosos con los efectos de cámara como la profundidad de campo y el antialiasing. En colaboración con NVIDIA y la Universidad de Utah, Cem Yuksel de Roblox presenta “Área ReSTIR: Remuestreo para desenfoque y antialiasing en tiempo real”. Este trabajo introduce el muestreo de área en ReSTIR, que resuelve estos efectos de cámara de forma más eficiente. El resultado final es una mejor definición entre luces y sombras y un mayor detalle, con necesidad de menos muestras.
Una escena callejera mostrada con la versión anterior de ReSTIR.
La misma escena callejera mostrada con nuestro nuevo Área ReSTIR, con mejoras en la iluminación y las sombras.
En su artículo, “Un operador booleano diferenciable unificado con lógica difusa”, Hsueh Derek Liu, de Roblox, y sus colegas presentan un método que permite la IA generativa para representaciones 3D de geometría sólida constructiva (CSG). El simulador físico de Roblox deriva su robustez del modelado de sólidos de la industria de la ingeniería mediante CSG, que también simplifica la creación de formas virtuales verosímiles. El modelado de superficies finas de la industria del entretenimiento es más habitual, pero no representa el volumen interior de un objeto. Anteriormente, la CSG era incompatible con la IA generativa porque el paso de diferenciación del entrenamiento y la aplicación de la IA a la geometría requiere una propiedad matemática similar a la evolución continua de las formas. Al inventar una nueva primitiva matemática para realizar operaciones “difusas”, desbloqueamos la CSG diferenciable y, a partir de ella, construimos una IA generativa de CSG.
La simulación precisa de materiales elásticos como el caucho es un gran reto para los gráficos por computadora. Liu y sus colegas de Roblox presentan Simulación neohookeana de Stabler - Filtrado absoluto de valores propios para Newton proyectado, un método novedoso para estabilizar la simulación. El método nuevo solo requiere un cambio de una línea de código en el marco existente y consigue una mejora significativa tanto en estabilidad como en velocidad de convergencia. Los modelos resultantes conservan una forma más estable cuando se estiran.
Los métodos generales de simulación anteriores exigían un compromiso entre el realismo de la simulación y los recursos informáticos necesarios. Yuksel, de Roblox, y sus colegas de la Universidad de Utah presentan Descenso de bloque de vértice, un método nuevo que produce una simulación física rápida y robusta. El método resultante es más rápido y estable que los procesos de simulación anteriores para la dinámica 3D.
Durante casi dos décadas, nuestra plataforma y la comunidad que prospera en ella se beneficiaron de la innovación técnica, gracias a las grandes inversiones de Roblox en I+D. Una gran I+D requiere de riesgo y una evaluación honesta. No todas nuestras investigaciones de I+D logran los resultados adecuados o se dan en el momento oportuno para convertirse en funciones del producto, y el trabajo descrito en este artículo es especulativo y prospectivo. Sin embargo, nos complace que algunas de las técnicas nuevas que describimos aquí ya formen parte de las herramientas que están a disposición de los creadores de Roblox, lo que permitirá crear avatares y mundos 3D más realistas. Todas las investigaciones son pasos hacia el avance de todo el campo y de la tecnología para plataformas de inmersión en 3D.
Nos complace que en SIGGRAPH 2024 podremos compartir con el mundo una serie de avances nuevos en IA, avatares, física y gráficos.