Terobosan 3D dan 4D Roblox di SIGGRAPH 2024
Roblox selalu berupaya berinovasi untuk membuat platform 3D yang imersif tempat jutaan kreator menciptakan avatar, aksesori, dan pengalaman virtual yang menghubungkan pengguna di seluruh dunia.
Di SIGGRAPH, konferensi global terkemuka untuk grafik komputer dan teknik interaktif, kami akan membagikan terobosan teknologi dan algoritma baru. Karya yang kami bagikan mencakup metode baru untuk memungkinkan material 3D yang dapat merenggang seperti karet, sebuah cara yang lebih cepat untuk membuat avatar dengan animasi wajah dan menghasilkan rambut dengan gerakan yang lebih hidup. Bersama-sama, inilah hasil teoretis yang kuat dan prototipe tahap awal untuk mendukung masa depan 3D imersif. Ikuti sesi kami dalam SIGGRAPH di Denver untuk mengetahui detail teknis selengkapnya.
Avatar yang Makin Mendetail
Avatar adalah bagian terpenting dalam ekspresi pribadi di Roblox, dilengkapi dengan animasi wajah secara penuh, tubuh yang dapat disesuaikan, pakaian berlapis, dan tampilan yang konsisten di seluruh platform. Digital Expression Report terbaru kami menunjukkan bahwa 88 persen responden Gen Z mengatakan bahwa mengekspresikan diri di dunia serupa metaverse, seperti Roblox, kemungkinan telah membantu mereka merasa lebih nyaman untuk mengekspresikan diri dalam kehidupan sehari-hari. Untuk mendukung ekspresi diri ini, kami terus berusaha menyempurnakan perkembangan terbaru dalam teknologi avatar.
Membuat avatar baru dari mesh 3D dengan cara konvensional memerlukan beberapa tahap kerja yang bersifat sangat teknis. Ini adalah salah satu tantangan generasi 4D: memperluas aset 3D statis agar dapat menjadi sepenuhnya dinamis, interaktif, dan mudah digabungkan sehingga avatar dapat terasa hidup dalam pengalaman virtual metaverse. Tahap-tahap yang harus dilewati, termasuk caging, rigging, dan skinning, bisa membutuhkan waktu hingga satu minggu per avatar, bahkan untuk kreator profesional. Setelah itu, masih ada pekerjaan yang harus dilakukan untuk memastikan kompatibilitasnya dengan pakaian dan fitur ekspresi wajah tingkat lanjut di platform kami.
Dalam paparan “End-to-end Automatic Body and Face Setup for Generative or User-Created 3D Avatars” (Penyiapan Tubuh dan Wajah Otomatis secara Menyeluruh untuk Avatar 3D Generatif atau Buatan Pengguna), tim Avatar dan CoreAI Roblox menyajikan alur multitahap yang menggabungkan teknik pembelajaran mesin dan pemrosesan geometri. Metode ini mempercepat dan mempermudah proses pembuatan avatar secara signifikan, dan dapat mendukung kreator yang belum berpengalaman untuk mendesain dan meng-upload avatar mereka yang dapat berfungsi secara penuh.
Anda dapat merasakan dampak teknologi ini di platform kami melalui Penyiapan Otomatis Avatar, sistem otomatis yang mengonversi model dengan input geometri saja menjadi avatar yang kompatibel dengan Roblox, dapat dikustomisasi, siap dianimasi, dan telah melalui proses rigging dan skinning. Dengan sistem ini, proses yang sebelumnya perlu waktu hingga satu minggu sekarang dapat diselesaikan hanya dalam hitungan menit.
Salah satu cara mengekspresikan diri yang banyak digunakan pengguna di Roblox adalah mengubah rambut avatar mereka. Pada tahun 2023 saja, pengguna Roblox membeli lebih dari 139 juta gaya rambut, dan 7,3 juta pengguna membeli lima atau lebih gaya rambut. Akan tetapi, tantangan untuk membuat gaya rambut yang realistis, dengan setiap helainya bergerak selayaknya helai rambut di dunia nyata, sangatlah sulit. Rata-rata, kulit kepala manusia memiliki antara 100 ribu dan 150 ribu folikel rambut. Menyimulasikan, menyimpan, dan mentransfer geometri kompleks dengan skala sebesar itu sulit dilakukan, baik dari segi efisiensi maupun ketangguhan komputasi.
Dalam makalah “Real-time Physically Guided Hair Interpolation” (Interpolasi Rambut dengan Panduan Fisika Waktu Nyata), Cem Yuksel dari Roblox dan rekan-rekannya dari LightSpeed Studios dan University of Utah menyajikan skema baru interpolasi rambut berbasis fisika yang menggunakan data rambut panduan tersimulasi yang sudah ada. Riset ini menghasilkan peningkatan yang substansial dalam kualitas visual rendering rambut untuk pengalaman virtual dengan overhead yang minimum.
Simulasi dan Rendering 3D Realistis
Kreator di Roblox tidak hanya menciptakan pengalaman virtual tempat penggunanya bergabung untuk bermain atau berkomunikasi, tetapi juga objek yang mengisi pengalaman virtual tersebut. Karena sekarang Roblox tersedia di banyak platform, dengan variasi dari Android beresolusi rendah sampai konsol game atau headset VR beresolusi tinggi, kami harus memastikan objek-objek ini dapat ditampilkan dengan resolusi terbaik di perangkat pengguna.
Cahaya dan bayangan sering menjadi tantangan dalam proses rendering 3D. Riset baru-baru ini telah banyak membawa kemajuan, tetapi metode yang ada saat ini masih mungkin menghasilkan keburaman saat menggunakan efek kamera, seperti kedalaman bidang dan antialiasing. Berkolaborasi dengan NVIDIA dan University of Utah, Cem Yuksel dari Roblox menyajikan “Area ReSTIR: Resampling for Real-Time Defocus and Antialiasing” (Area reSTIR: Resampling untuk Defocus dan Antialiasing Waktu Nyata). Riset ini memperkenalkan sampling area ke ReSTIR, yang menyelesaikan efek-efek kamera ini secara lebih efisien. Hasil akhirnya adalah peningkatan kualitas definisi antara cahaya dan bayangan serta detail yang lebih baik, dengan kebutuhan jumlah sampel yang lebih sedikit.
Pemandangan di jalan yang ditampilkan dengan versi ReSTIR sebelumnya.
Pemandangan jalan yang sama ditampilkan dengan Area ReSTIR versi baru, dengan peningkatan kualitas cahaya dan bayangan.
Dalam makalah mereka, “A Unified Differentiable Boolean Operator with Fuzzy Logic” (Operator Boolean Terdiferensiasi Terpadu dengan Logika Kabur), Hsueh Derek Liu dari Roblox dan rekan-rekannya memperkenalkan metode yang mengaktifkan AI generatif untuk representasi 3D geometri solid konstruktif (CSG). Simulator fisika Roblox mendasarkan ketangguhannya pada modeling padat industri teknik melalui CSG, yang juga mempermudah pembuatan bentuk virtual yang memungkinkan. Modeling permukaan tipis di industri hiburan memang lebih umum digunakan, tetapi tidak mewakili volume di dalam objek. CSG sebelumnya tidak kompatibel dengan AI generatif karena langkah diferensiasi dalam pelatihan dan penerapan AI ke geometri membutuhkan properti matematis yang mirip dengan evolusi bentuk yang terus menerus. Dengan menciptakan primitif matematis baru untuk melakukan operasi “kabur”, kami berhasil membuka CSG terdiferensiasi, dan kemudian membuat AI generatif CSG darinya.
Membuat simulasi yang akurat untuk material yang elastis, seperti karet, adalah tantangan yang terkenal sulit dalam bidang grafik komputer. Liu dari Roblox bersama rekan-rekannya menyajikan Stabler Neo-Hookean Simulation — Absolute Eigenvalue Filtering for Projected Newton (Simulasi Neo-Hookean yang Lebih Stabil — Pemfilteran Eigenvalue Absolut untuk Newton Terproyeksi), sebuah metode baru untuk menstabilkan simulasi. Metode baru ini hanya memerlukan satu baris perubahan kode dalam kerangka kerja yang sudah ada dan mencapai peningkatan signifikan dalam hal stabilitas dan kecepatan konvergensi. Model yang dihasilkan dapat mempertahankan bentuk yang lebih stabil saat direnggangkan.
Metode simulasi umum sebelumnya harus memilih untuk mengutamakan realisme simulasi atau sumber daya komputasi. Yuksel dari Roblox dan rekan-rekannya dari University of Utah memperkenalkan Vertex Block Descent, sebuah metode baru yang memproduksi simulasi fisika yang cepat dan tangguh. Metode yang dihasilkan lebih cepat dan lebih stabil dibandingkan dengan proses simulasi sebelumnya untuk dinamika 3D.
Selama hampir dua dekade, platform kami dan komunitas yang berkembang di platform ini telah didukung oleh inovasi teknis, berkat investasi besar Roblox dalam hal riset dan pengembangan. Riset dan pengembangan yang baik memerlukan risiko dan evaluasi yang jujur. Tidak semua penelitian riset dan pengembangan kami mencapai hasil yang tepat atau pada waktu yang tepat untuk menjadi fitur produk, dan karya yang dijelaskan dalam artikel ini bersifat spekulatif dan dapat digunakan untuk pengembangan pada masa mendatang. Akan tetapi, kami senang karena beberapa teknik baru yang dijelaskan di sini sudah menjadi bagian dari alat-alat yang tersedia untuk kreator Roblox yang menghadirkan avatar dan dunia 3D yang lebih realistis. Semua penelitian ini adalah langkah untuk terus memajukan bidang ini secara keseluruhan dan teknologi untuk platform imersif 3D.
Kami sangat antusias untuk membagikan serangkaian inovasi baru yang mencakup AI, avatar, fisika, dan grafik kepada dunia di SIGGRAPH 2024.