3D Gaussian Splatting技术的影响会有多大?

3DGaussianSplatting:推动三维重建与自动驾驶的革命性技术
3DGS作为一种介于体积和点云之间的高效三维表示方法,正在三维重建、自动驾驶等多个领域展现巨大潜力,尤其是在自动驾驶中通过场景编辑降低成本,预示着革命性的进展可能。

最近刷知乎逛到一个问题:3D Gaussian Splatting技术的影响会有多大?今天就和大家聊聊3DGS这个话题~

三维重建近几年发展的关键词离不开NeRF和3DGS,NeRF让三维重建进入到自动驾驶感知算法的视野中,近期也涌现出一系列优秀的算法,像MARS、UniSim等等,在开源数据集Kitti上的效果也做的确实可以了。NeRF类方法最大的缺点就是慢,但这些都不重要,NeRF用隐式表示重新定义了三维重建的形式,汽车人觉得NeRF最大的意义,也许并不是从新视角去渲染新视图,而是提供了一种新的,不同于点云、网格、体素的3D表示方法,为三维重建提供了全新的可能。

而3DGS正是在这样的大背景下应运而生的,高斯是介于体积表示和点云表示之间的一种三维表示方法,天然的继承了两者的优势,所以3DGS又快又好。目前3DGS除了席卷了三维重建领域,更实在静态场景/动态场景重建、单目/环视、场景编辑、场景生成、感知(检测、定位、跟踪、3D分割、SLAM等等)、虚拟人体等诸多领域大放异彩。所以3D Gaussian Splatting技术的影响会有多大?可以遇见将会是革命性的进展!

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说回在自动驾驶中的应用,近期已经有很多工作尝试将3DGS应用到自动驾驶场景中,像理想的Street Gaussian、北大的DrivingGaussian等等。就汽车人了解,很多业内公司正在尝试将3DGS应用到真实的自动驾驶场景中,最直观的应用就是重建出整个视频场景后,进行场景编辑生成新数据。这比实车采集corner case的成本要低得多的多,3DGS在整个数据闭环中的潜力非常值得大力挖掘。3DGS未来值得探索的地方还有很多很多,既然视觉重建可以用3DGS,那么Lidar重建呢?Radar呢?3DGS有没有这方面的潜力?3DGS有没有在自动驾驶领域单独的玩儿法?3DGS有没有进一步更优的表达形式?

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### 3D Gaussian Splatting 与 SLAM 技术的结合方式 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技术用于在未知环境中同时估计设备位姿并构建环境地图。3D Gaussian Splatting 提供了一种高效的显式三维表示方法,能够以高斯分布的形式对点云进行建模。将 SLAM 与 3D Gaussian Splatting 结合,可以实现动态场景的实时重建与渲染。 在 SLAM 系统中,通常会通过传感器(如 RGB-D 相机、LiDAR 或双目相机)获取点云数据,并利用优化算法估计相机位姿与场景结构。3D Gaussian Splatting 可以作为 SLAM 的后端表示方法,将点云数据转化为高斯分布形式,以提升渲染效率和视觉质量。具体而言,SLAM 提供的稀疏点云可以被拟合为个高斯分布,每个高斯点包含位置、协方差矩阵、颜色和透明度等属性,从而支持高质量的实时渲染[^1]。 ### 动态场景重建中的关键技术整合 为了实现动态场景重建,SLAM 与 3D Gaussian Splatting 的结合需要解决几个关键问题:首先是高斯点的动态更新机制,其次是基于相机位姿的高效渲染策略。 在 SLAM 框架中,当新帧到来时,系统会估计当前帧的相机位姿,并对场景点进行优化。这些点可以被映射为高斯分布,并通过协方差矩阵调整其形状,以适应场景的几何结构。此外,为了处理动态物体,SLAM 系统可以引入语义分割或运动分割模块,将动态点与静态背景分离,并分别建模为不同的高斯分布集合。这样可以在渲染时对动态部分进行独立更新,从而实现对运动物体的重建[^1]。 GPU 加速的可微光栅化技术是实现高效渲染的关键。在 SLAM 与 3D Gaussian Splatting 的联合系统中,每个高斯点可以在图像空间中进行投影,并通过 Alpha 混合策略合成最终图像。该过程可以与 SLAM 的优化步骤并行执行,确保重建的实时性与视觉质量。 ### 实现示例 以下是一个基于 SLAM 数据构建高斯点云的简化示例: ```python import numpy as np import open3d as o3d # 假设从 SLAM 系统获取点云数据 points_slam = np.random.rand(1000, 3) * 10 # 模拟 SLAM 输出的点云 colors_slam = np.random.rand(1000, 3) # 模拟颜色信息 # 将点云转换为高斯分布形式(简化处理,协方差为单位矩阵) gaussian_points = [] for point, color in zip(points_slam, colors_slam): cov = np.eye(3) * 0.1 # 假设每个点的协方差相同 gaussian_points.append((point, cov, color)) # 构建可视化点云(仅位置) pcd = o3d.geometry.PointCloud() pcd.points = o3d.utility.Vector3dVector(points_slam) pcd.colors = o3d.utility.Vector3dVector(colors_slam) # 可视化 SLAM 点云 o3d.visualization.draw_geometries([pcd]) ``` 在实际系统中,还需结合 SLAM 的位姿估计、协方差传播模型以及 GPU 渲染管线,以实现完整的动态场景重建流程。
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