地形纹理Splatting技术(翻译)

本文介绍了地形纹理Splatting技术的基本概念与实现方法。通过使用alphamaps控制纹理的混合,可以在地形表面创造出平滑过渡的效果。文章详细讨论了如何创建与应用alphamaps,以及如何利用Direct3D的不同技术实现纹理Splatting。

地形纹理Splatting技术(翻译)

文章来源:http://www.gamedev.net/reference/articles/article2238.asp

 

Texture Splatting in Direct3D Introduction

 If you've been looking into terrain texturing techniques, you've probably heard about texture splatting. The term was coined by Charles Bloom, who discussed it at http://www.cbloom.com/3d/techdocs/splatting.txt. With no disrespect to Charles Bloom, it was not the most clear or concise of articles, and has left many confused in its wake. While many use and recommend it, few have taken the time to adequately explain it. I hope to clear up the mystery surrounding it and demonstrate how to implement it in your own terrain engine.

      如果有已经学习过地形纹理技术,你很可能已经听说过纹理splatting技术。这个术语是Charles Bloom创造的,他在http://www.cbloom.com/3d/techdocs/splatting.txt里对这个技术进行了阐述。并不是想对Charles Bloom失礼,他所写的并不是一篇条理清晰的文章,存在许多的令人迷惑的地方。使用它的大部分人少有对其进行充分的解释。我希望自己能揭开围绕它的迷雾,并阐述如何在你自己的地形引擎中实现这个技术。

 

 The Basics

 What is texture splatting? In its simplest form, it is a way to blend textures together on a surface using alphamaps.

那什么是splatting呢?  最简单的解释如下:它是一种使用alphamaps技术将纹理融合到表面的技术。

 

 I will use the term alphamap to refer to a grayscale image residing in a single channel of a texture. It can be any channel alpha, red, green, blue, or even luminance. In texture splatting, it will be used to control how much of a texture appears at a given location. This is done by a simple multiplication, alphamap * texture. If the value of a pexel in the alphamap is 1, that texture will appear there in full value; if the value of a pexel in the alphamap is 0, that texture will not appear there at all.

我将使用术语alphamap来关联属于纹理中某通道的颜色。一个纹理中通常有多个通道:红、绿、蓝、或者是亮度。在纹理的splatting中,alphamap将用于控制该纹理在当前位置显示颜色的多少。通过一个简单的乘法很容易做到:alphamap * texture(texture指代当前位置纹理的颜色值)。如果某像素的alphamap是1,则纹理显示全值,如果某像素的alphamap是0,则该纹理完全不显示。

 

 For terrain, the texture might be grass, dirt, rock, snow, or any other type of terrain you can think of. Bloom refers to a texture and its corresponding alphamap as a splat. An analogy would be throwing a glob of paint at a canvas. The splat is wherever you see that glob. Multiple globs of paint layered on top of each other create the final picture.

在地形里,纹理可能是草、泥土、岩石、雪或者你能想到的其他类型。Bloom将纹理和其对应的alphamap值统称为一个splat。类似于在帆布上涂鸦的效果。splat就是无处不在的小水滴,通过在绘制层混合这些水滴创建最好的图像。

 

 Let's say you have a 128x128 heightmap terrain, divided into 32x32 chunks. Each chunk would then be made up of 33x33 vertices. Each chunk has the base textures repeated several times over it ?but the alphamap is stretched over the entire area. (0, 0) of the chunk would have alphamap coordinates of (0, 0) and texture coordinates of (0, 0). (33, 33) of the chunk would have alphamap coordinates of (1, 1) and texture coordinates of (x, x), where x is the number of times you want the textures to be repeated. x will depend on the resolution of the textures. Try to make sure they repeat enough to make detail up close, but not so much that the repetition is obvious from far away.

假设你有一个128×128的地形高度图,将其分割为32×32的块。每块由33×33个顶点构成。每块通过平铺贴图的形式贴上了基本的纹理。但alphamap贴图覆盖了整个块的区域,块(0, 0)的位置对应alphamap坐标和纹理坐标(0, 0)的位置,第(33, 33)个顶点alphamap坐标为(1,1),而纹理坐标为 (x, x),x是你想让纹理重复的次数。x视纹理的分辨率而定。应该通过平铺纹理确保纹理有足够的细节,但从远处看的话,细节就不重要了。

 

 The resolution of your alphamap per chunk is something you need to decide for yourself, but I recommend powers of two. For a 32×32 chunk, you could have a 32×32 alphamap (one texel per unit), a 64×64 alphamap (two texels per unit), or even a 128×128 alphamap (four texels per unit). When deciding what resolution to use, remember that you need an alphamap for every texture that appears on a given chunk. The higher the resolution is, the more control over the blending you have, at the cost of memory.

每个块的alphamap的分辨率需要你去制定,但我建议是2的次方。如果是32×32的块,你可以创建一个32×32 alphamap(每个单位一个texel),64×64 alphamap或者是128×128 alphamap。在选择使用哪个分辨率的时候,记住你需要为每个呈现于所给块上的纹理一个alphamap(译者:如果在一个块上你打算使用4种纹理的元素,那么这个块将由4个alphamap进行混合而得到)。分辨率越高,你需要做的混合就越多,内存消耗也越大。


 The size of the chunk is a little trickier to decide. Too small and you will have too many state changes and draw calls, too large and the alphamaps may contain mostly empty space. For example, if you decided to create an alphamap with 1 texel per unit with a chunk size of 128x128, but the alphamap only has non-zero values in one small 4x4 region, 124x124 of your alphamap is wasted memory. If your chunk size was 32x32, only 28x28 would be wasted. This brings up a point: if a given texture does not appear at all over a given chunk, don't give that chunk an alphamap for that texture.

  块大小的选择有一定的技巧。太小的话,你将涉及过多的状态改变和绘制调用。太到的话,alphamaps有可能包含过多的空区域。例如:如果你打算创建一个一单位一个texel的128×128的块,但alphamap仅仅在一个4×4的小区域有非零的值,124×124的内存空间都被浪费了。如果块是32×32,那么浪费的空间仅仅是28×28。这是一个需注意的地方:如果给的纹理并不覆盖块的所有区域,那么不必为块提供
与纹理相关的alphamap。

 

 The reason the terrain is divided into chunks is now apparent. Firstly, and most importantly, it can save video memory, and lots of it. Secondly, it can reduce fillrate consumption. By using smaller textures, the video card has less sampling to do if the texture does not appear on every chunk. Thirdly, it fits into common level of detail techniques such as geomipmapping that require the terrain to be divided into chunks anyway.

  为什么地形需要分为块的原因逐渐明朗。首先,分块能节省大量显存空间。再次,它降低了速度上的消耗。使用较小纹理时,如果纹理不出现在块中,显卡的采样处理将减小。第三,这种方法适用于geomipmapping等需要地形切分的LOD地形技术。

 

 Creating the Blends

 The key to getting smooth blending is linear interpolation of the alphamaps. Suppose there is a1 right next to a0. When the alphamap is stretched out over the terrain, Direct3D creates an even blend between the two values. The stretched alphamap is then combined with terrain texture, causing the texture itself to blend.

 Rendering then becomes the simple matter of going through each chunk and rendering the splats on it. Generally, the first splat will be completely opaque, with the following splats having varying values in their alphamaps. Let me demonstrate with some graphics. Let's say the first splat is dirt. Because it is the first that appears on that chunk, it will have an alphamap that is completely solid.


  获得平滑混合效果的关键是对alphamaps进行线性插值。假设a1在a0的右边。当alphamap延展到整个地形,Direct3D在两个值之间创建平滑的混合。延展的alphamap用纹理连接起来促使了纹理自身的混合。
 遍历每个块并在其上绘制splat是一个简单的小问题。通常,第一个splat将是完全不透明的,接下来的splats的值根据alphamaps将有变换。让我们用一些图进行论证。第一个splat为泥土层。因为泥土更像是在块中的最底层显示的东西,它的alphamap应该是完全不透明的。

  线框  = 

 

   After the first splat is rendered, the chunk is covered with dirt. Then a grass layer is added on top of that:
  第一个splat绘制后,块被泥土覆盖。结着草层将被加在上边。

 

 The process is repeated for the rest of the splats for the chunk.
 It is important that you render everything in the same order for each chunk. Splat addition is not commutative. Skipping splats won't cause any harm, but if you change the order around, another chunk could end up looking like this:
 剩下的splats对于块的操作都是类似的重复。为每个块绘制东西的顺序是十分重要的。Splat混合的顺序不可交换。不进行splats混合倒不会有什么问题,但如果你改变了周围块的绘制顺序,另一个块的绘制结果如下:

 

 The grass splat is covered up because the dirt splat is completely opaque and was rendered second.
 You may be wondering why the first splat should be opaque. Let's say it wasn't, and instead was only solid where the grass splat was clear. Here's what happens:

因为泥土splat完全不透明,并且是第二次绘制的,致使草层被掩盖。
你可能对第一个splat要保持不透明有所疑问。让我们将其设为透明试试,替代图的一部分草层splat被清空。结果如下:

 

 It's obvious this does not look right when compared with the blend from before. By having the first splat be completely opaque, you prevent any roles?from appearing like in the picture above.
很明显,混合后的效果并不是很好。但如果将第一个splat设置为完全透明的话,效果就不一样了。(这里不知如何翻译合适)

 

 Creating the Alphamaps

 Now that we know what texture splatting is, we need to create the alphamaps to describe our canvas. But how do we decide what values to give the alphamaps?

 Some people base it off of terrain height, but I recommend giving the ability to make the alphamaps whatever you want them to be. This gives you the flexibility to put any texture wherever you want with no limitations. It's as simple as drawing out the channels in your paint program of choice. Even better, you could create a simple world editor that allows the artist to see their alphamap and interact with it in the actual world.

 

  现在我们了解了什么是texture splatting,我们需要创建alphamaps来描述涂鸦用的帆布。但我们该往alphamaps上填充什么值呢?
 一些人创建alphamaps时脱离了地形高度值,但我建议读者最好有控制alphamaps的能力。这是你将任何纹理置于你所希望的地方。在你的程序中加入绘制通道。如果你能创建一个简单的世界编辑器允许美工看到alphamap,并能够将它融入实际的世界中。

 

 Implementation

 Let's take a step back and look at what we have: Some sort of terrain representation, such as a heightmap A set of textures to be rendered on the terrain. An alphamap for each texture

Look at #3. We know that each alphamap has to be in a texture. Does this mean that every alphamap needs its own texture? Thankfully, the answer is no. Because the alphamap only has to be in a single channel of a texture, we can pack up to four alphamaps into a single texture ?one in red, one in green, one in blue, and one in alpha. In order to access these individual channels we will need to use a pixel shader, and because we need five textures (one with the alphamaps and four to blend), PS 1.4 is required. Unfortunately this is a still stiff requirement, so I will show how to use texture splatting with the fixed function pipeline as well as with a pixel shader.

实现
 退一步说,看看我们将实现什么:某种地面的表示,例如贴了多种纹理的高度图A需要绘制到地形。每个纹理的alphamap如 #3。我们知道每个alphamap都呈现一个纹理。这是否意味着每个alphamap需要其自身的纹理呢?谢天谢地,答案是否定的。一个alphamap只需占用纹理的一个通道。我们可以将四个alphamap打包进一张纹理中,r、g、b、a四个通道。我们需要使用 5张纹理,一张用于alphamap,四张用于混合。PS shader1.4的支持是必须的。不幸的是,硬件的要求比较高,所以我将介绍一种使用固定管线的绘制方法实现纹理的splatting。


 Splatting with the Fixed Function Pipeline

 Using the fixed function pipeline has one benefit that the pixel shader technique lacks: it will run on virtually any video card. All it requires is one texture unit for the alphamap, one texture unit for the texture, and the correct blending states.

 I chose to put the alphamap in stage 0 and the texture in stage 1. This was to stay consistent with the pixel shader, which makes most sense with the alphamap in stage 0. The texture stage states are relatively straightforward from there. Stage 0 passes its alpha value up to stage 1. Stage 1 uses that alpha value as its own and pairs it with its own color value.

当显卡不支持着色技术时,固定管线的绘制方法便显示其益处:这种方法可运行在基本所有的显卡上。所需的仅仅是一个用于alphamap的纹理单位,一个用于纹理的纹理单位以及正确的混合状态设置。

 

// Alphamap: take the alpha from the alphamap, we don't care about the color
g_Direct3DDevice->SetTextureStageState(0, D3DTSS_ALPHAOP, D3DTOP_SELECTARG1);
g_Direct3DDevice->SetTextureStageState(0, D3DTSS_ALPHAARG1, D3DTA_TEXTURE);

// Texture: take the color from the texture, take the alpha from the previous stage
g_Direct3DDevice->SetTextureStageState(1, D3DTSS_COLOROP, D3DTOP_SELECTARG1);
g_Direct3DDevice->SetTextureStageState(1, D3DTSS_COLORARG1, D3DTA_TEXTURE);
g_Direct3DDevice->SetTextureStageState(1, D3DTSS_ALPHAOP, D3DTOP_SELECTARG1);
g_Direct3DDevice->SetTextureStageState(1, D3DTSS_ALPHAARG1, D3DTA_CURRENT);

 We have to set the blending render states as well in order to get the multiple splats to combine together correctly. D3DRS_SRCBLEND is the alpha coming from the splat being rendered, so we set it to D3DBLEND_SRCALPHA. The final equation we want is FinalColor = Alpha * Texture + (1 ?Alpha) * PreviousColor. This is done by setting D3DRS_DESTBLEND to D3DBLEND_INVSRCALPHA.
g_Direct3DDevice->SetRenderState(D3DRS_ALPHABLENDENABLE, TRUE);
g_Direct3DDevice->SetRenderState(D3DRS_SRCBLEND, D3DBLEND_SRCALPHA);
g_Direct3DDevice->SetRenderState(D3DRS_DESTBLEND, D3DBLEND_INVSRCALPHA);

我们必须正确地设置绘制状态使得splats被正确地连接起来。D3DRS_SRCBLEND是splat被绘制所需的alpha状态,所以我们设置D3DBLEND_SRCALPHA。混合公式如下:FinalColor = Alpha * Texture + (1-Alpha) * PreviousColor。通过设置D3DRS_DESTBLEND to D3DBLEND_INVSRCALPHA,可以达到这种混合效果。

 

 Splatting with a Pixel Shader

Why even bother with the pixel shader? Using all the channels available in a texture instead of only one saves memory. It also allows us to render four splats in a single pass, reducing the number of vertices that need to be transformed. Because all of the texture combining takes place in the shader, there are no texture stage states to worry about. We just load the texture with an alphamap in each channel into stage 0, the textures into stages 1 through 4, and render.

为什么恰好要涉及pixel shader呢?使用纹理中的多个通道来替换传统的仅仅是节省内存的技术。它容许我们在一个绘制过程里渲染四个splats,降低了需要变换的顶点数。因为所有的纹理混合发生在shader操作中,所以无需关心纹理的stage状态。我们正好将每个通道的alphamap放在stage 0,纹理放在stage 1~4,然后进行绘制。


ps_1_4

////////////////////////////////
// r0: alphamaps
// r1 - r4: textures
////////////////////////////////

// Sample textures
texld r0, t0  //t0 放在 r0存储器中
texld r1, t1  //
texld r2, t1
texld r3, t1
texld r4, t1

// Combine the textures together based off of their alphamaps
mul r1, r1, r0.x  //r1 = r0.x * r1
lrp r2, r0.y, r2, r1 //以r0.y为参数在r2与r1之间做插值,结果放在r2中
lrp r3, r0.z, r3, r2 //以r0.z为参数在r3与r2之间做插值,结果放在r3中
lrp r0, r0.w, r4, r3 //以r0.w为参数在r4与r3之间做插值,结果放在r0中


 The mul instruction multiplies the first texture by its alphamap, which is stored in the red channel of the texture in sampler 0. The lrp instruction does the following arithmetic: dest = src0 * src1 + (1 - src0) * src2. Let's say r0.x is the alphamap for a dirt texture stored in r1, and r0.y is the alphamap for a grass texture stored in r2. r2 contains the following after the first lrp: GrassAlpha * GrassTexture + (1-GrassAlpha) * DirtBlended, where DirtBlended is DirtAlpha * DirtTexture. As you can see, lrp does the same thing as the render states and texture stage states we set before. The final lrp uses r0 as the destination register, which is the register used as the final pixel color. This eliminates the need for a final mov instruction.

乘法指令将sampler0纹理的x值与sampler1纹理的值相乘. lrp指令做了一下的计算:dest = src0 * src1 + (1 - src0) * src2.
我们可以这样理解:r0.x是存于r1的灰土纹理的alphamap分量,r0.y是存于r2的草纹理的alphamap分量,依此类推。经过第一个lrp操作后r2的值将变为:GrassAlpha * GrassTexture + (1-GrassAlpha) * DirtBlended。正如你所看到的,lrp所做的与之前提到的固定管线绘制操作一样。最后的lrp操作将r0作为目标寄存器,该寄存器的值便是最后的像素颜色。这省去(eliminate)了一个mov指令。

 

 What if you only need to render two or three splats for a chunk? If you want to reuse the pixel shader, simply have the remaining channels be filled with 0. That way they will have no influence on the final result. You could also create another pixel shader for two splats and a third for three splats, but the additional overhead of more SetPixelShader calls may be less efficient than using an extra instruction or two.

如果你仅仅要为一个chunk绘制2到3个splats,那什么是你需要的呢?如果你想重复使用 pixel shader ,要实现的功能仅仅是将剩余没有到的通道置0。这种方式将不会对最后的结果产生影响。你也可以针对2个splat的操作创建另一个pixel shader,也可以创建第三个pixel shader用于3个splat的操作,但是SetPixelShader带来的额外的开销比使用一个额外的指令效率低。

 

 Multiple passes are required if you need to render more than four splats for a chunk. Let's say you have to render seven splats. You first render the first four, leaving three left. The alpha channel of your second alphamap texture would be filled with 0, causing the fourth texture to cancel out in the equation. You simply set the alphamap texture and the three textures to be blended and render. The D3DRS_BLEND and D3DRS_SRCBLEND stages from before perform the same thing as the lrp in the pixel shader, allowing the second pass to combine seamlessly with the first.

如果你想绘制多于4个splats的时候,就需要多passes的操作。假设需要渲染7个splat。你先绘制前4个。第二个alphamap未用到的alpha通道将被填充为0, 使第四个纹理从方程中剔除。你仅仅需要设置alphamap和剩余的三个纹理进行混合和渲染。前面介绍的D3DRS_BLEND和D3DRS_SRCBLEND渲染状态设置可实现同样的效果,将第二个pass与前面的pass混合。


 The Demo

 The demo application uses the two techniques described here to render a texture splatted quad. I decided not to go for a full heightmap to make it as easy as possible to find the key parts in texture splatting. Because of this, the demo is completely fillrate limited. The initial overhead of the pixel shader may cause some video cards to perform worse with it than with its fixed function equivalent, so take the frame rates with a grain of salt. The pixel shader will almost always come out ahead in a more complex scene.

 You can toggle between the fixed function pipeline and the pixel shader through the option in the View menu.

 The textures used are property of nVidia? and are available in their full resolution at http://developer.nvidia.com/object/IO_TTVol_01.html.


演示程序使用了两种技术描述了渲染splatted四边形的方法。为了简化splatting操作,我没有引入一个完整的高度图。也正因为如此,演示程序的功能有一定的限制。

 

Sources

 Terrain Texture Compositing by Blending in the Frame-Buffer by Charles Bloom, http://www.cbloom.com/3d/techdocs/splatting.txt

 And, of course, the helpful people at http://www.gamedev.net

 Feel free to send any questions or comments to nglasser@charter.net or private message Raloth on the forums!

 

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译注:文中用的是比较早的shader版本,用汇编写的,我改成了通俗的版本:

float4 main_ps(float2 iTexCoord0: TEXCOORD0) : COLOR

  float3 cov1 = tex2D(SplatMap0, iTexCoord0).rgb;
  float3 cov2 = tex2D(SplatMap1, iTexCoord0).rgb;
 
  float4 oColor;
  oColor = tex2D(TexSplat0, iTexCoord0) * cov1.x
           + tex2D(TexSplat1, iTexCoord0) * cov1.y
           + tex2D(TexSplat2, iTexCoord0) * cov1.z
           + tex2D(TexSplat3, iTexCoord0) * cov2.x
           + tex2D(TexSplat4, iTexCoord0) * cov2.y
           + tex2D(TexSplat5, iTexCoord0) * cov2.z;
  
   return oColor;
}

 

另外,如显存及带宽足够大的话,用于Splatting的地形纹理可以组合在一张纹理中,减少创建纹理的开销,类似这样:

对应的shader代码可以改成:

float4 main_ps(float2 iTexCoord0: TEXCOORD0) : COLOR
{
 
  float4 oColor;   
  float3 cov1 = tex2D(SplatMap0, iTexCoord0).rgb;
  float3 cov2 = tex2D(SplatMap1, iTexCoord0).rgb;
 
  float2 splatTexCoord0;
  float2 splatTexCoord1;
  float2 splatTexCoord2;
  float2 splatTexCoord3;
 
  iTexCoord0.x = fmod( iTexCoord0.x,1.0 );
  iTexCoord0.y = fmod( iTexCoord0.y,1.0 );
  
  splatTexCoord0 = iTexCoord0/2.0;
  splatTexCoord1 = splatTexCoord0 + float2( 0.5,0.0 );
  splatTexCoord2 = splatTexCoord0 + float2( 0.0,0.5 ); 
  splatTexCoord3 = splatTexCoord0 + float2( 0.5,0.5 );
 
 
  oColor = tex2D(TexSplat0, splatTexCoord0) * cov1.x
           + tex2D(TexSplat0, splatTexCoord1) * cov1.y
           + tex2D(TexSplat0, splatTexCoord2) * cov1.z
           + tex2D(TexSplat0, splatTexCoord3) * cov2.x
           + tex2D(TexSplat1, splatTexCoord0) * cov2.y
           + tex2D(TexSplat1, splatTexCoord1) * cov2.z;
  
   return oColor;
}

<think>我们面对的问题是如何将PLY格式的3D高斯点云数据转换为FBX格式。PLY格式通常用于存储3D扫描仪获取的点云数据,而FBX是一种通用的3D模型格式,支持网格、动画、材质等。由于3D Gaussian Splatting是一种点云表示方法,其输出的PLY文件包含点位置、颜色、法线以及高斯参数(如协方差矩阵),而FBX主要支持多边形网格和曲面,因此转换需要将点云数据转换为网格。 然而,直接转换点云到FBX可能会丢失信息,因为FBX不直接支持点云渲染。通常,我们需要将点云重建为网格(例如通过泊松重建、Ball Pivoting等算法),然后再导出为FBX。 步骤建议: 1. 读取PLY文件:使用能够处理点云和网格的库(如Open3D, PCL, MeshLab等)读取PLY文件。 2. 点云重建为网格:使用点云重建算法生成网格。 3. 导出为FBX:将重建的网格导出为FBX格式。 但是,3D Gaussian Splatting的PLY文件包含的不仅仅是位置和颜色,还有每个高斯点的协方差矩阵(用于控制椭球的形状和方向)。因此,我们可能需要将每个高斯点转换为一个小的网格(例如一个椭球体),然后将所有椭球体合并成一个大的网格。但这样会导致网格面数巨大,且FBX文件会非常大。 另一种思路是:由于FBX不支持Gaussian Splatting的表示,我们可能无法在FBX中保留原始的渲染效果。因此,转换的目的可能是为了在支持FBX的软件中查看大致形状,那么我们可以只使用点云的位置信息,生成一个简化的网格(比如通过点云重建表面)或者直接以点精灵(point sprites)的形式导出,但点精灵在FBX中并不常见。 考虑到实际需求,这里提供两种方法: 方法一:使用MeshLab将PLY转换为FBX(适用于将点云重建为表面网格) - 打开MeshLab,导入PLY文件。 - 使用Filters > Point Set > Surface Reconstruction: Poisson方法进行重建。 - 然后导出为FBX格式。 方法二:使用Blender(通过Python脚本自动化) - 安装Blender并确保其Python环境。 - 使用Blender的Python API导入PLY,然后进行重建或直接导出为FBX(但Blender的PLY导入器可能不支持高斯泼溅的额外属性,所以可能只导入位置和颜色)。 - 在Blender中,可以使用点云到网格的转换插件或者使用几何节点创建实例化的球体(每个点一个球体)然后转换为网格,但这样数据量巨大。 方法三:使用专门的转换工具,如CloudCompare,它支持点云处理并可以导出为FBX(但通常也是通过重建网格)。 由于3D Gaussian Splatting的PLY文件包含的协方差信息在常规点云处理软件中可能不被识别,因此我们可能需要自己编写脚本,利用每个高斯点的协方差矩阵生成一个椭球体网格,然后将所有椭球体合并成一个网格,再导出为FBX。但这种方法计算量大,且合并后的网格可能非常复杂。 因此,如果转换的目的只是为了在支持FBX的软件中查看,而不需要完全保留高斯泼溅的视觉效果,那么建议使用点云重建表面的方法(如Poisson重建)得到一个简化的网格。 具体步骤(使用Blender): 1. 导入PLY文件:在Blender中,可以通过“文件”>“导入”>“Stanford (.ply)”来导入。 2. 导入后,你会得到一个点云对象。 3. 然后,我们可以使用Blender的“几何节点”来创建每个点的实例(例如一个球体或一个根据协方差矩阵变形的椭球体),但这需要额外的脚本支持,因为标准PLY导入可能不会读取协方差矩阵。 由于标准PLY格式不支持存储协方差矩阵,3D Gaussian Splatting的PLY文件通常将协方差矩阵分解为缩放和旋转,并以额外的顶点属性存储(如scale_0, scale_1, scale_2, rot_0, rot_1, rot_2, rot_3)。因此,在导入时,这些属性可能会被忽略。所以,我们可能需要一个自定义的导入脚本。 考虑到复杂度,如果只是需要转换格式,且不要求保留高斯泼溅的特定渲染,那么我们可以忽略协方差矩阵,只使用位置信息进行表面重建。 因此,推荐使用MeshLab进行转换: 1. 打开MeshLab。 2. 导入PLY文件(File > Import Mesh...)。 3. 选择Filters > Remeshing, Simplification and Reconstruction > Surface Reconstruction: Poisson,设置参数(如Octree Depth),然后应用。 4. 重建后,使用File > Export Mesh...,选择FBX格式导出。 注意:重建的表面可能会丢失颜色信息,因为Poisson重建通常只重建几何。如果需要颜色,可以在重建后通过纹理投影或顶点着色传递颜色,但这在MeshLab中需要额外的步骤。 如果颜色信息很重要,可以在重建后使用“Sampling > Vertex Attribute Transfer”将点云的颜色传递给重建的网格顶点。 另一种保留颜色的方法:在重建之前,将点云作为样本点,然后使用“Filters > Sampling > Points to Mesh (Density)”来创建一个带颜色的表面,但这种方法可能不会得到封闭的网格。 由于问题复杂且工具使用步骤繁多,这里提供一个使用Blender进行简单转换的方法(不保留高斯泼溅特性,只保留位置和颜色): 1. 在Blender中导入PLY(只导入位置和颜色,忽略其他属性)。 2. 选择点云对象,进入编辑模式,全选所有点。 3. 使用“Mesh > Vertices > Convert to Mesh”将点云转换为网格(每个点变成一个顶点,但还没有面)。 4. 然后,我们可以为每个顶点添加一个球体实例(使用几何节点): - 添加一个几何节点修改器。 - 使用“实例化于点上”节点,实例化一个球体(或立方体)到每个点。 - 调整球体大小(可以根据需要调整,但原PLY中的缩放属性可能无法直接使用)。 5. 然后应用几何节点修改器,这样我们就得到了一个由很多小球体组成的网格。 6. 最后,导出为FBX。 但是,这种方法会生成巨大的网格(每个球体由多个面组成),所以只适合点数量较少的情况。 考虑到3D Gaussian Splatting通常有上百万个点,这种方法在Blender中可能不切实际(内存和性能问题)。 因此,对于大规模点云,建议使用表面重建方法(如Poisson)得到一个单一的网格,然后导出FBX。 总结: 由于FBX格式不支持点云渲染(除了作为顶点云),也不支持高斯泼溅的表示,所以转换会丢失原始渲染效果。转换的目的通常是为了在传统3D软件中使用几何。因此,我们选择将点云重建为网格。推荐使用MeshLab的Poisson重建,然后导出FBX。 如果点云数量巨大,重建可能会很慢,且重建结果可能不理想(如孔洞、过度平滑等)。因此,也可以考虑使用其他重建算法,或进行适当的点云简化后再重建。 关于3D Gaussian Splatting的PLY文件,它通常包含以下属性(除了x,y,z):nx, ny, nz(法向量),f_dc_0, f_dc_1, f_dc_2(颜色),opacity(不透明度),scale_0, scale_1, scale_2(缩放),rot_0, rot_1, rot_2, rot_3(旋转四元数)。在转换过程中,我们可能只关心位置和颜色,而忽略其他属性。 因此,步骤可以简化为: 1. 使用Python脚本(如open3d)读取PLY,只提取位置和颜色(如果需要,也可以利用法线)。 2. 然后使用open3d进行Poisson重建。 3. 导出重建的网格为PLY或OBJ,再使用其他工具转换为FBX(或者open3d直接支持导出为FBX?目前open3d不支持导出FBX,所以需要导出为其他格式再用Blender/MeshLab转换)。 由于工具链较长,这里提供一个使用open3d进行重建并导出,然后用Blender转换为FBX的示例: 步骤1:使用open3d读取PLY并重建网格 ```python import open3d as o3d # 读取PLY文件 pcd = o3d.io.read_point_cloud("point_cloud.ply") # 注意:这里可能无法读取所有属性,但位置和颜色会被读取 # 使用Poisson重建 mesh, densities = o3d.geometry.TriangleMesh.create_from_point_cloud_poisson(pcd, depth=9) # 导出重建的网格 o3d.io.write_triangle_mesh("mesh.obj", mesh) ``` 步骤2:使用Blender将OBJ转换为FBX(或者使用MeshLab直接导出FBX,因为上面open3d导出的OBJ可以在MeshLab中打开并导出为FBX) 如果使用Blender: - 打开Blender,删除默认立方体。 - 导入mesh.obj。 - 导出为FBX。 注意:重建的网格可能没有颜色。因为open3d的Poisson重建只重建几何。如果需要颜色,可以在重建后通过将点云的颜色投影到网格上。open3d提供了颜色投影的方法: ```python # 重建后,将点云颜色投影到网格 # 首先,我们需要计算网格顶点的颜色,通过最近邻搜索或插值 # open3d没有直接提供这个功能,但我们可以使用最近邻 # 以下是一个简单的方法:为每个网格顶点赋予最近点的颜色 import numpy as np # 获取点云的位置和颜色 pcd_points = np.asarray(pcd.points) pcd_colors = np.asarray(pcd.colors) # 获取网格顶点 vertices = np.asarray(mesh.vertices) # 创建KDTree用于最近邻搜索 pcd_tree = o3d.geometry.KDTreeFlann(pcd) # 为每个网格顶点分配颜色 vertex_colors = np.zeros((len(vertices), 3)) for i, vertex in enumerate(vertices): [k, idx, _] = pcd_tree.search_knn_vector_3d(vertex, 1) vertex_colors[i] = pcd_colors[idx[0]] mesh.vertex_colors = o3d.utility.Vector3dVector(vertex_colors) ``` 然后导出带颜色的OBJ,再转换为FBX。注意FBX支持顶点颜色,但并非所有软件都能正确显示。 由于整个过程比较复杂,且涉及多个步骤和工具,用户需要有一定的编程和3D处理基础。 因此,对于普通用户,推荐使用MeshLab的图形界面进行转换(虽然可能无法保留颜色,或者需要额外步骤传递颜色)。 另外,也可以考虑使用CloudCompare: 1. 导入PLY文件。 2. 使用Tools > Projection > Unroll,然后进行网格重建(Tools > Mesh > Delaunay Triangulation (XY plane))或者使用Poisson重建(需要安装插件)。 3. 导出为FBX。 综上所述,转换PLY(3D Gaussian Splatting)到FBX是一个有损的过程,且需要点云重建步骤。具体方法取决于用户对结果的要求和可用的工具。 如果用户需要保留高斯泼溅的视觉效果,那么目前没有直接的方法,因为FBX不支持这种表示。在这种情况下,建议在目标平台中寻找支持高斯泼溅的渲染器,或者将数据转换为3DTiles(用于Cesium)等格式。 根据引用[1],GISBox可以将高斯泼溅文件转换为3DTiles格式,但用户的需求是转换为FBX,所以GISBox可能不适用。 因此,最终建议:如果是为了在传统3D软件(如Maya, 3ds Max, Blender)中使用,建议使用点云重建网格的方法;如果是为了在游戏引擎中使用,且游戏引擎支持点云渲染,可以考虑直接使用PLY(但需要自定义渲染器),或者转换为实例化网格(每个高斯点对应一个四边形或椭球体),但这需要开发工作。 相关问题: 1. 如何将3D Gaussian Splatting的PLY文件转换为其他点云格式(如LAS)? 2. 在Blender中如何导入带有自定义属性(如缩放、旋转)的PLY点云? 3. 点云重建网格的常用算法有哪些?它们各有什么优缺点? 4. 如何优化由大量实例组成的网格以提高渲染性能? 5. 除了FBX,还有哪些3D格式适合存储带有复杂属性的点云数据?</think>要将PLY格式的3D高斯点云数据(如3D Gaussian Splatting生成的数据)转换为FBX格式,需通过点云重建和格式转换流程。以下是具体步骤和工具推荐: ### 转换步骤 1. **预处理PLY文件** - 3D Gaussian Splatting的PLY文件包含位置(xyz)、颜色(RGB)、透明度(opacity)、旋转(rotation)和缩放(scale)等属性。 - 使用工具:`CloudCompare` 或 `MeshLab` 验证数据完整性,确保所有属性正确加载。 2. **点云重建为网格** - **关键原因**:FBX格式主要支持网格模型(而非点云),需将点云转换为三角网格。 - 推荐算法: - **泊松表面重建**(Poisson Surface Reconstruction):适合封闭表面(如物体模型)。 ```python # 使用Open3D库示例 import open3d as o3d pcd = o3d.io.read_point_cloud("input.ply") mesh, _ = o3d.geometry.TriangleMesh.create_from_point_cloud_poisson(pcd, depth=9) o3d.io.write_triangle_mesh("mesh.obj", mesh) # 先导出为OBJ ``` - **Ball Pivoting算法**:适合均匀点云(如地形扫描数据)[^1]。 3. **格式转换:网格 → FBX** - **工具推荐**: - **Blender**(免费开源): 1. 导入重建后的网格文件(如OBJ、PLY)。 2. 优化网格:`修饰器` > `精简` 减少面数(避免过大文件)。 3. 导出:`文件` > `导出` > `FBX`(勾选 *Embed Textures* 保留颜色)。 - **Autodesk Maya/3ds Max**(付费):专业级FBX导出选项(支持动画、材质)。 4. **高级处理(可选)** - **颜色保留**:在Blender中通过`顶点颜色`传递RGB数据。 - **实例化转换**:若需保留高斯点属性(如旋转/缩放),用Python脚本将每个点生成椭球体网格(性能要求高)。 ### 工具对比 | 工具 | 类型 | 适用步骤 | 优势 | |---------------|------------|------------------------|-------------------------------| | **CloudCompare** | 免费 | 点云预处理、简化 | 支持大规模点云属性分析 | | **Blender** | 免费 | 网格重建、FBX导出 | 开源,支持Python自动化脚本 | | **MeshLab** | 免费 | 泊松重建 | 轻量级,快速重建 | | **GISBox** | 免费 | 3DTiles转换(非FBX) | 适合地理信息数据[^1] | ### 注意事项 1. **数据损失**:FBX不支持高斯泼溅的渲染特性(如自适应透明度),转换后仅保留几何和颜色。 2. **性能优化**:超过100万点时,需先简化点云(如`CloudCompare`的`Octree简化`)。 3. **格式兼容**: - 中间格式建议用`.obj`(保留顶点颜色)而非`.stl`(仅几何)。 - 检查FBX版本(建议FBX 2020+兼容主流引擎如Unity/Unreal)。 ### 替代方案 - **直接转换工具**: - `AnyConv`(在线工具):适合小文件(<100MB),但可能丢失属性。 - `Assimp`(命令行库):开发者可通过代码转换: ```bash assimp export input.ply output.fbx ``` > ⚠️ **重要提示**:若需在三维GIS平台(如Cesium)使用,建议直接转为3DTiles格式(使用GISBox)而非FBX[^1]。 ---
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