Gaussian Splatting — метод, который представляет 3D-сцену набором гауссовых точек с цветом и плотностью, позволяя рендерить сложные объекты в реальном времени.
Определение
Gaussian Splatting — это подход к 3D-реконструкции, который моделирует сцену не в виде сетки или поля, а как множество гауссовых примитивов. Каждый примитив — это точка в пространстве с радиусом, плотностью, ориентацией и цветом. При рендере они проецируются на камеру и формируют изображение, обеспечивая мягкие переходы и гладкую структуру сцены.
Метод стал альтернативой NeRF: он быстрее обучается, быстрее рендерит и проще в управлении, сохраняя при этом реалистичность сцены.
Как работает
Gaussian Splatting основан на представлении сцены в виде облака точек, где каждая точка — не жёсткая геометрическая единица, а гауссово распределённый объем. При рендере эти примитивы накладываются друг на друга, формируя итоговое изображение через аккуратную композицию прозрачности и цвета.
Основные этапы:
- извлечение точек из набора изображений или данных камеры;
- инициализация гауссовых примитивов по этим точкам;
- оптимизация параметров: положение, радиус, анизотропия, ориентация, цвет;
- рендеринг — быстрая проекция гауссианов на камеру;
- адаптивное уточнение: важные области получают более плотные примитивы.
В отличие от NeRF, где каждый пиксель вычисляется интегрированием луча через MLP, Gaussian Splatting опирается на непосредственный рендер примитивов. Это снижает вычислительную стоимость и делает возможным реальное время.
Где применяется
- Реконструкция сцен для визуализации.
- Создание контента для VR и AR.
- Интерактивные 3D-просмотры объектов.
- Геймдев: окружения, захваченные с камер.
- Цифровые двойники помещений и объектов.
- Обработка данных робототехники и компьютерного зрения.
- Кино и видеопродакшн для виртуальных ракурсов.
Практические примеры использования
В VR-приложениях Gaussian Splatting позволяет быстро загружать и отображать сцены, снятые камерой. Модель рендерит их почти в реальном времени, обеспечивая плавную навигацию.
В производстве видео Gaussian Splatting используется для сцены, где нужна реконструкция локации без сложной 3D-моделировки. Несколько снимков дают набор точек, который превращается в реалистичную сцену.
В робототехнике метод помогает восстанавливать окружение по данным камеры и лидара: гауссовы примитивы хорошо передают структуру пространства в формате, пригодном для анализа.
В e-commerce используется быстрая реконструкция товара: несколько фото создают реалистичную 3D-сцену, которую можно крутить в браузере.
Преимущества и ограничения
- Плюс: высокая скорость рендера — реальное время на современных GPU.
- Плюс: быстрая реконструкция сцены.
- Плюс: плавные переходы благодаря гауссовым примитивам.
- Плюс: компактность и гибкость представления.
- Минус: качество зависит от плотности примитивов.
- Минус: сложность создания чёткой геометрии без постобработки.
- Минус: артефакты в местах с малым количеством точек.
- Минус: не всегда подходит для точной 3D-моделировки.
Связанные термины
- NeRF
- 3D reconstruction
- Implicit neural representations
- Point clouds
- Feature grids
- 3D-generation
- Multiview learning