Novità 3D e 4D di Roblox al SIGGRAPH 2024

Roblox si impegna a innovare senza sosta al fine di costruire una piattaforma immersiva 3D in cui milioni di creatori realizzano avatar, accessori ed esperienze che consentono a persone di tutto il mondo di mettersi in contatto tra loro.

Condivideremo le nuove scoperte tecnologiche e algoritmiche al SIGGRAPH, la principale conferenza mondiale sulla grafica computerizzata e sulle tecnologie interattive. I progressi che condivideremo includono nuovi metodi per creare materiali 3D elastici come la gomma, un modo più veloce per creare avatar con animazioni facciali e un movimento dei capelli più realistico. Nell'insieme, si tratta di risultati teorici importanti e di prototipi in fase iniziale per migliorare il futuro del 3D immersivo. Partecipa alle nostre sessioni al SIGGRAPH di Denver per avere i dettagli tecnici completi.

Avatar sempre più dettagliati

Gli avatar rappresentano il fulcro dell'espressione personale su Roblox, con animazioni facciali complete, corpi configurabili, abbigliamento a strati e un aspetto coerente in tutta la piattaforma. Il nostro recente report sull'espressione digitale ha riscontrato che l'88% delle persone appartenenti alla generazione Z ha dichiarato che esprimere se stessi in mondi simili a metaversi come Roblox li ha aiutati a farlo con maggiore facilità anche nella vita di tutti i giorni. Per favorire l'espressione personale, continuiamo a promuovere gli ultimi sviluppi nella tecnologia degli avatar.

La creazione di un nuovo avatar da una mesh 3D richiede solitamente diverse fasi di lavoro altamente tecnico. Questa è una delle sfide della generazione 4D: rendere completamente dinamiche, interattive e combinatorie le risorse statiche 3D, in modo che possano prendere vita in un metaverso. Ciascun avatar può richiedere fino a una settimana di lavoro per le fasi di caging, rigging e appiattimento, e ciò vale anche per i creatori professionisti. È poi necessario un lavoro aggiuntivo per garantirne la compatibilità con le funzioni avanzate di abbigliamento e di espressione facciale sulla piattaforma.

Nel loro intervento "End-to-end Automatic Body and Face Setup for Generative or User-Created 3D Avatars", i team Avatar e CoreAI di Roblox presentano una pipeline a più fasi che combina tecniche di apprendimento automatico e di elaborazione della geometria. Questo metodo rende il processo di creazione degli avatar molto più veloce e semplice, e consente ai creatori meno esperti di progettare e caricare i propri avatar pienamente funzionali.

È possibile sperimentare l'impatto di questa tecnologia sulla piattaforma tramite Impostazione automatica dell'avatar, un sistema automatizzato che converte un modello di sola geometria in un avatar compatibile con Roblox, personalizzabile, adatto all'animazione e sottoposto alle fasi di rigging e appiattimento. Grazie a questo sistema, è possibile completare in pochi minuti un procedimento che prima richiedeva fino a una settimana.

Un modo diffuso di esprimersi su Roblox è quello di cambiare i capelli del proprio avatar. Solo nel 2023, gli utenti di Roblox hanno acquistato più di 139 milioni di acconciature e 7,3 milioni di utenti ne hanno acquistate cinque o più. Ma realizzare un'acconciatura realistica, con ogni ciocca che si muove come nel mondo reale, è estremamente complesso. In media, il cuoio capelluto degli esseri umani ha tra i 100 e i 150 mila follicoli piliferi. Simulare, memorizzare e trasferire geometrie complesse su questa scala è difficile sia in termini di efficienza computazionale che di solidità.

Nel loro articolo "Real-time Physically Guided Hair Interpolation", Cem Yuksel e i suoi colleghi di LightSpeed Studios e dell'Università dello Utah presentano un nuovo schema di interpolazione dei capelli basato sulla fisica che utilizza i dati dei capelli simulati esistenti. Questo metodo migliora in modo sostanziale la qualità visiva del rendering dei capelli per le esperienze con un overhead quasi nullo.

Simulazione e rendering 3D realistici

I creatori di Roblox non creano solo esperienze a cui le persone si uniscono per giocare o per mettersi in contatto tra loro, ma anche gli oggetti che popolano queste esperienze. Man mano che Roblox diventa disponibile su più piattaforme, variando da dispositivi Android a bassa risoluzione a console di gioco o visori VR ad alta risoluzione, è importante che questi oggetti possano essere visualizzati nella migliore risoluzione possibile sul dispositivo dell'utente.

Le luci e le ombre rappresentano spesso una sfida per il rendering 3D. Le ultime ricerche hanno fatto passi da gigante, ma i metodi esistenti potrebbero risultare offuscati dagli effetti della telecamera, come la profondità di campo e l'antialiasing. In collaborazione con NVIDIA e l'Università dello Utah, Cem Yuksel presenta "Area ReSTIR: Resampling per defocus e antialiasing in tempo reale". Questo progetto introduce il campionamento dell'area in ReSTIR, che risolve questi effetti della telecamera in modo più efficiente. Il risultato finale è una migliore definizione delle luci e delle ombre e un livello di dettaglio più elevato, con un numero inferiore di campioni necessari.

Una scena di strada mostrata con la versione precedente di ReSTIR.

La stessa scena di strada mostrata con il nuovo Area ReSTIR, che presenta miglioramenti nell'illuminazione e nelle ombre.

Nel loro articolo "A Unified Differentiable Boolean Operator with Fuzzy Logic", Hsueh Derek Liu e colleghi di Roblox illustrano un metodo che consente di utilizzare l'intelligenza artificiale generativa per le rappresentazioni 3D della geometria costruttiva dei solidi (CSG). Il simulatore di fisica di Roblox trae la sua affidabilità dalla modellazione solida dell'industria ingegneristica tramite la CSG, che semplifica anche la creazione di forme virtuali realistiche. La modellazione di superfici sottili dell'industria dell'intrattenimento è più comune, ma non rappresenta il volume interno di un oggetto. In precedenza, la CSG non era compatibile con l'intelligenza artificiale generativa perché la fase di differenziazione dell'addestramento e dell'applicazione dell'IA alla geometria richiede una proprietà matematica simile all'evoluzione continua delle forme. Inventando una nuova primitiva matematica per eseguire operazioni "fuzzy", abbiamo reso la CSG differenziabile e abbiamo poi costruito un'intelligenza artificiale generativa CSG a partire da essa.

La simulazione accurata di materiali elastici come la gomma è una sfida notoriamente ardua nella grafica computerizzata. Liu e colleghi di Roblox presentano "Stabler Neo-Hookean Simulation — Absolute Eigenvalue Filtering for Projected Newton", un nuovo metodo per stabilizzare la simulazione. Questo nuovo metodo richiede la modifica di una sola linea di codice del framework esistente e consente di ottenere un miglioramento considerevole sia della stabilità che della velocità di convergenza. I modelli ottenuti mantengono una forma più stabile quando si allungano.

I precedenti metodi di simulazione generale richiedevano un compromesso tra il realismo e le risorse computazionali necessarie. Yuksel e i colleghi di Roblox dell'Università dello Utah presentano "Vertex Block Descent", un metodo innovativo che consente di realizzare simulazioni fisiche veloci e affidabili. Il metodo sviluppato è più veloce e più stabile dei precedenti modelli di simulazione dinamici 3D.

Per quasi due decenni, la piattaforma e la community sono state arricchite dall'innovazione tecnologica, grazie agli ingenti investimenti di Roblox nella ricerca e sviluppo. La ricerca e sviluppo comportano rischi e valutazioni oneste. Non tutte le nostre analisi di ricerca e sviluppo ottengono risultati nella giusta modalità o al momento giusto tanto da diventare caratteristiche del prodotto, e il lavoro descritto in questo articolo è speculativo e proiettato verso il futuro. Tuttavia, siamo lieti del fatto che alcune delle nuove tecniche qui descritte siano già diventate parte integrante degli strumenti a disposizione dei creatori di Roblox, consentendo loro di creare avatar e mondi 3D più realistici. Tutte le ricerche effettuate rappresentano dei passi avanti verso il progresso del settore nel suo complesso e della tecnologia per le piattaforme immersive 3D.

Siamo entusiasti di condividere con il mondo nuovi progressi in occasione del SIGGRAPH 2024 nell'ambito dell'IA, degli avatar, della fisica e della grafica.