Les innovations en 3D et 4D de Roblox à la SIGGRAPH 2024
Roblox innove en permanence pour bâtir une plateforme en 3D immersive où des millions de créateurs produisent des avatars, des accessoires et des expériences dont les utilisateurs du monde entier peuvent profiter ensemble.
À la SIGGRAPH, la plus grande conférence de graphismes informatiques et de technique interactive du monde entier, nous parlerons de nos dernières avancées en date en matière de technologie et d'algorithmes. Nous allons notamment aborder de nouvelles méthodes qui permettent de créer des matières en 3D capables de s'étirer comme du caoutchouc, d'une façon plus rapide de produire des avatars avec des animations faciales, et de cheveux qui bougent avec plus de réalisme. Ces résultats théoriques et ces prototypes pourraient représenter de grandes avancées dans le domaine de la 3D immersive. Venez assister à nos discussions à la SIGGRAPH à Denver pour connaître tous les détails techniques.
Des avatars de plus en plus détaillés
Les avatars sont un élément essentiel pour s'exprimer sur Roblox, avec leurs animations faciales, leurs corps configurables, leurs vêtements superposables et leur apparence qui reste la même partout sur la plateforme. Dans notre récent rapport sur l'expression numérique, 88 % des personnes de la génération Z interrogées ont déclaré que le fait de s'exprimer dans des mondes de métavers comme Roblox les avait probablement aidées à s'exprimer plus facilement dans leur vie de tous les jours. Afin de les aider toujours plus, nous continuons de développer la technologie des avatars.
À l'heure actuelle, créer un nouvel avatar à partir d'un maillage en 3D est un travail très long et très technique. C'est l'un des défis de la génération en 4D : transformer des éléments statiques en 3D en structures dynamiques, interactives et combinables à utiliser dans des expériences de métavers. Les étapes nécessaires, dont le caging, le rigging et le skinning, peuvent prendre jusqu'à une semaine par avatar, même pour un créateur professionnel. Il faut ensuite assurer la compatibilité avec les fonctionnalités avancées de notre plateforme en matière de vêtements et d'animations faciales.
Au cours d'une discussion sur l'automatisation de la configuration du corps et du visage pour les avatars générés ou créés par les utilisateurs, les équipes d'avatars et d'IA de Roblox ont présenté un processus multiusage qui associe apprentissage automatique et techniques de traitement géométrique. Cette méthode rend le processus de création d'avatar beaucoup plus simple et rapide, et permet aux créateurs peu expérimentés de produire et publier leurs propres avatars entièrement fonctionnels.
Vous pouvez découvrir l'impact de cette technologie sur la plateforme avec la configuration automatique de l'avatar, un système automatique qui convertit les modèles purement géométriques en avatars utilisables sur Roblox, personnalisables et compatibles avec les animations, avec rigging et skinning. Grâce à ce système, une opération qui pouvait autrefois prendre une semaine peut désormais être terminée en quelques minutes.
Les utilisateurs aiment beaucoup s'exprimer sur Roblox en modifiant les cheveux de leur avatar. En 2023, les utilisateurs de Roblox ont acheté plus de 139 millions de coiffures et 7,3 millions d'entre eux en ont acquis au moins cinq. Cependant, créer des coiffures réalistes où chaque cheveu bouge comme il le ferait dans le monde réel représente un immense défi. En moyenne, la chevelure humaine compte entre 100 000 et 150 000 cheveux. Simuler, stocker et transférer des géométries complexes de cette taille met à l'épreuve la robustesse et l'efficacité des systèmes de calcul.
Dans leur article sur l'interpolation en temps réel des cheveux guidée par la physique, Cem Yuksel de Roblox et ses confrères de LightSpeed Studios et de l'Université de l'Utah présentent un modèle novateur d'interpolation physique des cheveux qui fait appel à des données de simulation existantes. Ce modèle améliore de façon significative la qualité visuelle des cheveux dans les expériences avec une augmentation de coût presque inexistante.
Une simulation et un rendu 3D réalistes
Les créateurs de Roblox produisent non seulement les expériences dans lesquelles les utilisateurs peuvent se rassembler, mais aussi les objets que l'on peut y trouver. Roblox est disponible sur un nombre croissant de plateformes, des appareils Android à basse résolution aux consoles et casques de réalité virtuelle à haute résolution ; il est donc important que ces objets puissent être affichés avec la meilleure résolution possible sur l'appareil de l'utilisateur.
L'ombre et la lumière représentent souvent un défi dans le rendu 3D. Il y a récemment eu de grandes avancées, mais les méthodes actuelles peuvent générer du flou avec les effets de caméra comme la profondeur de champ et l'anticrénelage. En partenariat avec NVIDIA et l'Université de l'Utah, Cem Yuksel de Roblox présente Area ReSTIR : le rééchantillonnage pour la défocalisation et l'anticrénelage en temps réel. Ces travaux permettent d'utiliser l'échantillonnage de zone avec ReSTIR, ce qui offre un traitement plus efficace de ces effets de caméra. Le résultat est une définition améliorée entre l'ombre et la lumière et un niveau de détail plus élevé, le tout en nécessitant moins d'échantillons.
Une scène de rue avec la version précédente de ReSTIR.
La même scène avec le nouvel outil Area ReSTIR ; on peut remarquer des améliorations au niveau de l'éclairage et des ombres.
Dans l'article Un opérateur booléen dérivable unifié avec logique floue, Hsueh Derek Liu de Roblox et ses confrères présentent une méthode qui permet d'utiliser l'IA générative pour les représentations en 3D de géométrie de construction des solides. La simulation physique de Roblox doit sa robustesse à la modélisation de la géométrie de construction des solides, qui est utilisée en ingénierie, et simplifie également la création de formes virtuelles plausibles. La modélisation à surfaces fines utilisée par l'industrie du divertissement est plus commune mais ne prend pas en compte le volume à l'intérieur des objets. La géométrie de construction des solides était jusqu'ici incompatible avec l'IA générative, car l'entraînement et l'application de l'IA nécessitent une propriété mathématique similaire à l'évolution continue des formes. En inventant une nouvelle primitive mathématique adaptée aux opérations de logique floue, nous avons rendu la dérivation possible dans la géométrie de construction des solides, ce qui nous a permis d'y appliquer l'IA générative.
La simulation précise des matériaux élastiques comme le caoutchouc est un grand défi dans l'imagerie numérique. Hsueh Derek Liu de Roblox et ses confrères présentent Une simulation néo-hookéenne plus stable : le filtrage de la valeur propre absolue pour la projection de Newton, une méthode novatrice pour stabiliser la simulation. En modifiant une seule ligne de code dans l'architecture existante, on obtient avec cette méthode des améliorations importantes en ce qui concerne la stabilité et la vitesse de convergence. Les modèles obtenus ont une forme plus stable lorsqu'ils sont étirés.
Avec les anciennes méthodes de simulation, il fallait choisir entre réalisme et performances. Cem Yuksel de Roblox et ses confrères de l'Université de l'Utah présentent la descente de blocs en vertex, une méthode innovante qui permet d'obtenir une simulation physique à la fois rapide et robuste. Le résultat est plus rapide et plus stable que les autres processus de simulation dynamique en 3D.
Depuis presque vingt ans, notre plateforme et notre communauté s'épanouissent grâce à l'innovation technique générée par les importants investissements de Roblox pour la recherche et le développement. Dans ce domaine, il faut savoir prendre des risques et évaluer les résultats avec honnêteté. Tous nos projets n'aboutissent pas à des résultats qui peuvent devenir des fonctionnalités, et les travaux mentionnés dans cet article sont des pistes pour l'avenir. Cependant, nous sommes heureux d'annoncer que certaines des nouvelles techniques dont nous avons parlé sont déjà intégrées dans des outils qui permettront aux créateurs de Roblox de créer des avatars et des mondes en 3D plus réalistes. Toutes les recherches contribuent à faire progresser la technologie des plateformes en 3D immersives.
Qu'il s'agisse d'IA, d'avatars, de physique ou de graphismes, nous sommes heureux de partager nos dernières innovations avec le monde entier à la SIGGRAPH 2024.