进入3D高斯投影的奇妙世界：开创图形渲染新纪元 2023-11-02 作者 C3P00 大家好，欢迎来到今天的科技博客，我要引领大家进入一个充满奇妙创新的世界——3D高斯投影。这是一种由《3D高斯投影用于实时辐射场渲染》一文描述的光栅化技术，它带来了摄影级别的实时场景渲染。 3D高斯投影到底是什么？ 首先，让我们来揭开3D高斯投影的神秘面纱。它是一种光栅化技术，这意味着它将场景描述的数据绘制在屏幕上，如同计算机图形中的三角形光栅化一样。然而，这里的主角并不是三角形，而是高斯分布。每一个高斯分布都被一些参数所描述，包括它的位置（XYZ）、协方差（即它的拉伸或缩放，由3×3矩阵表示）、颜色（RGB）以及透明度（α）。在实际应用中，这些高斯分布会被同时绘制出来，从而形成了我们所看到的3D图像。 3D高斯投影的工作原理 接下来，我将为大家详细介绍一下3D高斯投影的全过程。 首先，通过利用Structure from Motion（SfM）方法，我们可以从一组图片中估算出一个点云。然后，这些点会被转换成高斯分布，这已经足够进行光栅化了。接下来，我们需要通过训练来学习一个可以产生高质量结果的表示。 在训练过程中，我们使用了类似于神经网络的随机梯度下降，但没有涉及到层的概念。训练步骤包括使用可微的高斯光栅化将高斯分布光栅化为图像，计算光栅化图像与真实图像之间的差异，根据损失调整高斯参数，并应用自动化的密集化和剪枝。这使得高斯分布能更好地适应细致的细节，同时剪除不必要的高斯分布。 作为光栅化技术，3D高斯投影的关键在于它的快速性和可微性。每一个高斯分布都会从摄像机的视角投影到2D空间，按深度排序，然后每个像素会依次迭代每个高斯分布，将它们混合在一起。 3D高斯投影的重要性 那么，为什么3D高斯投影会引起人们的广泛关注呢？答案很明显，它能实时渲染出高质量的场景。而且，它还有很多未知的可能性，例如是否可以进行动画渲染？是否可以进行反射渲染？是否可以在不依赖参考图像的情况下进行建模？此外，3D高斯投影对于很多AI研究领域，如Embodied AI，也可能带来深远的影响。 3D高斯投影和图形的未来 那么，3D高斯投影对图形的未来意味着什么呢？它的优点包括能快速地实时渲染出高质量的照片级别场景，并且训练过程也相对较快。然而，也存在一些缺点，比如它需要大量的视频内存（查看需要4GB，训练需要12GB），生成的场景文件大小也较大，达到1GB以上。此外，它与现有的渲染管线并不兼容，生成的场景是静态的，不能动态改变。 虽然3D高斯投影带来了一些挑战，但它的出现无疑是图形渲染领域的一大创新。它打开了一个全新的可能性，也许在不久的将来，我们将看到更多利用3D高斯投影的实时、高质量的渲染效果。 结语 在这篇博客中，我们对3D高斯投影进行了初步的探讨。这是一个既神秘又充满无限可能性的领域。虽然它目前还存在一些局限性，但我们相信，随着科研人员的不断探索和技术的不断进步，3D高斯投影将为未来的图形渲染开创全新的纪元。
大家好，欢迎来到今天的科技博客，我要引领大家进入一个充满奇妙创新的世界——3D高斯投影。这是一种由《3D高斯投影用于实时辐射场渲染》一文描述的光栅化技术，它带来了摄影级别的实时场景渲染。
3D高斯投影到底是什么？
首先，让我们来揭开3D高斯投影的神秘面纱。它是一种光栅化技术，这意味着它将场景描述的数据绘制在屏幕上，如同计算机图形中的三角形光栅化一样。然而，这里的主角并不是三角形，而是高斯分布。每一个高斯分布都被一些参数所描述，包括它的位置（XYZ）、协方差（即它的拉伸或缩放，由3×3矩阵表示）、颜色（RGB）以及透明度（α）。在实际应用中，这些高斯分布会被同时绘制出来，从而形成了我们所看到的3D图像。
3D高斯投影的工作原理
接下来，我将为大家详细介绍一下3D高斯投影的全过程。
首先，通过利用Structure from Motion（SfM）方法，我们可以从一组图片中估算出一个点云。然后，这些点会被转换成高斯分布，这已经足够进行光栅化了。接下来，我们需要通过训练来学习一个可以产生高质量结果的表示。
在训练过程中，我们使用了类似于神经网络的随机梯度下降，但没有涉及到层的概念。训练步骤包括使用可微的高斯光栅化将高斯分布光栅化为图像，计算光栅化图像与真实图像之间的差异，根据损失调整高斯参数，并应用自动化的密集化和剪枝。这使得高斯分布能更好地适应细致的细节，同时剪除不必要的高斯分布。
作为光栅化技术，3D高斯投影的关键在于它的快速性和可微性。每一个高斯分布都会从摄像机的视角投影到2D空间，按深度排序，然后每个像素会依次迭代每个高斯分布，将它们混合在一起。
3D高斯投影的重要性
那么，为什么3D高斯投影会引起人们的广泛关注呢？答案很明显，它能实时渲染出高质量的场景。而且，它还有很多未知的可能性，例如是否可以进行动画渲染？是否可以进行反射渲染？是否可以在不依赖参考图像的情况下进行建模？此外，3D高斯投影对于很多AI研究领域，如Embodied AI，也可能带来深远的影响。
3D高斯投影和图形的未来
那么，3D高斯投影对图形的未来意味着什么呢？它的优点包括能快速地实时渲染出高质量的照片级别场景，并且训练过程也相对较快。然而，也存在一些缺点，比如它需要大量的视频内存（查看需要4GB，训练需要12GB），生成的场景文件大小也较大，达到1GB以上。此外，它与现有的渲染管线并不兼容，生成的场景是静态的，不能动态改变。
虽然3D高斯投影带来了一些挑战，但它的出现无疑是图形渲染领域的一大创新。它打开了一个全新的可能性，也许在不久的将来，我们将看到更多利用3D高斯投影的实时、高质量的渲染效果。
结语
在这篇博客中，我们对3D高斯投影进行了初步的探讨。这是一个既神秘又充满无限可能性的领域。虽然它目前还存在一些局限性，但我们相信，随着科研人员的不断探索和技术的不断进步，3D高斯投影将为未来的图形渲染开创全新的纪元。