英偉達(dá)被稱為芯片圈里最懂人工智能的公司，在本周參加了SIGGRAPH 2017大會(huì)，這是由ACM SIGGRAPH(美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)計(jì)算機(jī)圖形專業(yè)組)組織的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)頂級年度會(huì)議。英偉達(dá)還發(fā)表了一篇名為“一個(gè)全新的游戲：英偉達(dá)將AI帶入計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域”的文章，詳細(xì)闡述了公司如何利用人工智能顛覆游戲制作者的工作。

　　英偉達(dá)專業(yè)視覺產(chǎn)品事業(yè)群副總裁 Bob Pette(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　英偉達(dá)稱，該公司正將人工智能領(lǐng)域的專業(yè)知識同具有計(jì)算機(jī)制圖方面的悠久歷史結(jié)合起來，用來提高游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、電影和產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的3D圖形的精準(zhǔn)度。它可以讓逼真的人臉動(dòng)畫變得更容易，模擬光線如何與場景的表面互動(dòng)，并能更快地呈現(xiàn)逼真的圖像。

　　值得注意的是，這并非是一個(gè)研究項(xiàng)目，而是很快會(huì)成為一種產(chǎn)品被開發(fā)者應(yīng)用。英偉達(dá)即將在今年11月份向注冊開發(fā)者推送NVIDIA OptiX 5.0軟件開發(fā)工具包，它整合了英偉達(dá)研發(fā)的人工智能技術(shù)，是公司最新的ray追蹤引擎版本。

　　1、人工智能如何幫助塑造動(dòng)畫面孔

　　目前，游戲工作室創(chuàng)造游戲中的動(dòng)畫人物，首先需要拍攝下來每個(gè)演員的每句臺詞，之后用軟件把這個(gè)視頻中的演員變成數(shù)字替身，再后來變成游戲動(dòng)畫中的人物面孔。

　　現(xiàn)有的軟件需要藝術(shù)師們花上數(shù)百個(gè)小時(shí)來修改這些數(shù)字面孔，以便與真正的演員進(jìn)行更緊密的匹配。對于藝術(shù)家來說，這是一項(xiàng)單調(diào)且乏味的工作;對于工作室來說，花費(fèi)高昂，并且角色一旦完成，就很難再修改。

　　所以，減少制作面部動(dòng)畫所需的勞動(dòng)量，可以讓游戲藝術(shù)師添加更多的角色對話和額外的配角，并讓他們靈活地在腳本變化上迭代。

　　Remedy Entertainment公司(以下簡稱為Remedy)——最著名的游戲是Quantum Break(量子休息)、Max Payne and Alan Wake(馬克斯佩恩和艾倫維克)等——希望借助英偉達(dá)的研究，用更少的人力和更低的成本來為數(shù)字雙打制作逼真的面部動(dòng)畫。

　　利用人工智能的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，研究人員自動(dòng)將現(xiàn)場演員的表演(左)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)游戲虛擬角色(右)。

　　2、人工智能大幅縮短動(dòng)畫制作時(shí)間

　　Remedy擁有大量動(dòng)畫數(shù)據(jù)，加上英偉達(dá)GPUs和深度學(xué)習(xí)，英偉達(dá)的研究人員們訓(xùn)練出一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它可以直接從演員的視頻中制作面部動(dòng)畫。

　　具體來講，英偉達(dá)的解決方案只需要5分鐘的培訓(xùn)數(shù)據(jù)，省去了當(dāng)下需要在幾個(gè)小時(shí)的視頻中進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和潤色的工作。從一個(gè)簡單的視頻流中，經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)生成整個(gè)游戲所需的所有面部動(dòng)畫。論效果，英偉達(dá)人工智能解決方案產(chǎn)生的動(dòng)畫更加一致，并且保持與現(xiàn)有方法相同的保真度。

　　于是，研究小組進(jìn)一步推進(jìn)，訓(xùn)練一個(gè)系統(tǒng)用音頻來生成逼真的面部動(dòng)畫。有了這個(gè)工具，游戲工作室將能夠增加更多的支持游戲角色，創(chuàng)建生動(dòng)的動(dòng)畫角色，并且更容易地用多種語言制作游戲。

　　3、游戲新時(shí)代已然來臨

　　Antti Herva是Remedy公司的首席技術(shù)藝術(shù)師，他說，隨著時(shí)間的推移，新的方法將讓工作室建立一個(gè)更大、更豐富的游戲世界，是現(xiàn)在的水平所無法達(dá)到的?，F(xiàn)在，這個(gè)游戲工作室在制作高質(zhì)量的面部動(dòng)畫上花的時(shí)間，已經(jīng)比過去少了很多。

　　Herva說:“基于英偉達(dá)的研究成果，即人工智能在面部動(dòng)畫中的應(yīng)用，我們相信人工智能將徹底改變內(nèi)容的創(chuàng)造。在Quantum Break游戲中，數(shù)字替身復(fù)雜的面部動(dòng)畫可能需要數(shù)年的時(shí)間才能創(chuàng)造出來。而與英偉達(dá)合作之后，我們創(chuàng)建了面部動(dòng)畫制作視頻和音頻驅(qū)動(dòng)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在可以在大型項(xiàng)目中減少80%的時(shí)間，并讓我們的藝術(shù)師們專注于其他任務(wù)?！?/p>

　　4、用人工智能來創(chuàng)建圖像

　　人工智能還有望呈現(xiàn)3D圖形，這一過程可以將數(shù)字世界變成在屏幕上看到的栩栩如生的圖像。電影制作者和設(shè)計(jì)師一般使用一種叫光線追蹤的技術(shù)來模擬虛擬場景表面的光反射?，F(xiàn)在，英偉達(dá)正使用人工智能技術(shù)來改善光線追蹤和光柵化，這是一種在電腦游戲中成本較低的渲染技術(shù)。

　　盡管射線追蹤產(chǎn)生了高度逼真的圖像，但是模擬數(shù)百萬的虛擬光線對每個(gè)圖像都有很大的計(jì)算成本。部分計(jì)算的圖像看起來很噪，就像在極低的光線下拍攝的照片一樣。

　　為了消除圖像干擾，研究人員使用了深度學(xué)習(xí)的方法來預(yù)測最終的結(jié)果，并從部分完成的結(jié)果中得到圖像。

　　由麥吉爾大學(xué)的英偉達(dá)研究實(shí)習(xí)生Chakravarty R.Alla Chaitanya領(lǐng)導(dǎo)的研究小組創(chuàng)造了一種人工智能解決方案，與現(xiàn)有方法相比，它能在更短的時(shí)間內(nèi)，從更糙、更接近輸入的圖像中生成高質(zhì)量的圖像。

　　這項(xiàng)工作不僅僅是一個(gè)研究項(xiàng)目，它很快就會(huì)成為一種產(chǎn)品。英偉達(dá)還發(fā)布NVIDIA OptiX 5.0軟件開發(fā)工具包，這是公司最新的ray追蹤引擎版本。OptiX 5.0整合了英偉達(dá)研發(fā)的人工智能技術(shù)，將于11月向注冊開發(fā)者免費(fèi)開放。

　　5、人工智能創(chuàng)造出平滑的邊緣

　　英偉達(dá)的研究人員用人工智能解決了電腦游戲渲染中出現(xiàn)的“抗鋸齒”問題?？逛忼X是減少噪點(diǎn)的另一種方法——在這種情況下，部分渲染圖像的鋸齒邊緣，被稱為“鋸齒”，這些是階梯狀的線條，而不是平滑的線條。(參見下圖中左邊)。

　　左側(cè)框框內(nèi)展示了一個(gè)鋸齒形的圖像，這個(gè)圖像是鋸齒形和像素化的。英偉達(dá)的反鋸齒算法通過學(xué)習(xí)從別名到反鋸齒圖像的映射，生成了更大的圖像和inset。(圖片來自于Epic Games史詩般的游戲)

　　NVIDIA的研究人員Marco Salvi和Marco Salvi訓(xùn)練了一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，識別這些人工制品，用平滑的抗鋸齒像素代替?；谌斯ぶ悄艿募夹g(shù)比現(xiàn)有的算法產(chǎn)生更清晰的圖像。

　　6、人工智能如何追蹤正確的光線

　　英偉達(dá)正在開發(fā)一種更加有效的追蹤虛擬光線的方法。計(jì)算機(jī)可以對許多光線的路徑進(jìn)行采樣，以生成一個(gè)逼真的圖像。問題是，并不是所有的光路徑都有助于生成最終的圖像。

　　研究人員Ken Daum和Alex Keller使用機(jī)器學(xué)習(xí)來指導(dǎo)光路的選擇。他們將追蹤光線的數(shù)學(xué)原理與人工智能的“強(qiáng)化學(xué)習(xí)”概念聯(lián)系起來。

　　他們的解決方案學(xué)會(huì)了區(qū)分“有用”的路徑，即，從那些不為圖像做出貢獻(xiàn)的路徑中，挑選出最有可能將燈光與虛擬相機(jī)連接起來的路徑。

　　在這個(gè)虛擬的場景中(沒有去噪)，模擬光的反射是很有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)槲ㄒ坏墓獯┻^了狹窄的門。而英偉達(dá)的人工智能導(dǎo)光模擬通過減少虛擬光的數(shù)量來達(dá)到10倍的圖像合成。

　　正如英偉達(dá)所說，相信不久之后，電腦的圖形處理器(GPUs)很快就會(huì)被用來支持人工智能處理，從而幫助游戲和電影制作者實(shí)現(xiàn)更流暢的動(dòng)作畫面、花費(fèi)更少，以及創(chuàng)造更豐富游戲體驗(yàn)。