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THE JOURNAL / 研究导读

从 NeRF 到 3D 高斯:如何表示一个世界?

SaJTU 网站编辑整理开放阅读

两种场景表示,一条理解神经渲染的阅读线索。回到原始论文,比较隐式辐射场与显式三维高斯。

先把问题说清楚

给定同一场景的多张图像,如何生成一个未被拍摄过的视角?这就是新视角合成的核心问题之一。它与“从图像恢复完整、可交互的物理世界”有关,但并不等同。

两项代表性工作提供了不同的场景表示方式:ECCV 2020 的 NeRF: Representing Scenes as Neural Radiance Fields for View Synthesis,以及 SIGGRAPH 2023 的 3D Gaussian Splatting for Real-Time Radiance Field Rendering。

NeRF:用连续函数表示场景

NeRF 使用神经网络,将空间位置与观察方向映射到体密度与颜色,并通过体渲染生成图像。它的关键不是简单地存储一组照片,而是学习一个能够从不同视角查询的连续场景表示。

阅读时可以重点追踪三个部分:输入坐标如何编码、沿相机射线如何采样,以及渲染图像如何与训练图像形成监督信号。

3D Gaussian Splatting:显式表示的另一条路

3D Gaussian Splatting 将场景表示为一组三维高斯,优化其位置、形状、不透明度与外观,并通过可见性感知的 splatting 渲染生成图像。原始工作针对高质量实时新视角合成展开。

这为比较隐式与显式表示提供了一个具体案例:表示如何影响优化过程、内存需求与渲染方式?同样的视觉质量,是否意味着相同的几何质量?

比较时,不要混淆三件事

  • 图像质量:合成图像与参考图像有多接近。
  • 几何准确性:表示是否恢复了可靠的三维结构。
  • 物理一致性:场景是否能够支持可信的动力学与交互。

高质量的新视角合成并不能自动证明后两者。查看任何性能数字时,还应核对硬件、图像分辨率、数据集与训练设置。本文不对两项工作的性能作额外量化承诺。

原始来源

  1. Mildenhall et al. NeRF: Representing Scenes as Neural Radiance Fields for View Synthesis. ECCV 2020. 项目主页、论文与代码。
  2. Kerbl et al. 3D Gaussian Splatting for Real-Time Radiance Field Rendering. SIGGRAPH 2023. 项目主页、论文与代码。

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