GaussianSplattingVRViewerUnity: 一款基于Unity的高性能3D高斯散射VR查看器

在计算机图形学领域,如何实现高质量的实时3D渲染一直是研究的热点。近年来,随着人工智能技术的发展,一种名为3D高斯散射(3D Gaussian Splatting)的新型渲染技术引起了广泛关注。这种技术不同于传统的基于多边形的渲染方法,而是使用3D高斯函数来表示场景,能够以极快的速度生成高质量的photorealistic图像。

为了让开发者和研究者能够方便地使用这项新技术,法国国家信息与自动化研究所(INRIA)的Clarte团队开发了GaussianSplattingVRViewerUnity项目。这是一个基于Unity引擎的虚拟现实查看器,专门用于渲染3D高斯散射模型。让我们深入了解这个创新项目的特点和使用方法。

项目背景与技术原理

GaussianSplattingVRViewerUnity项目的灵感来源于2023年SIGGRAPH会议上发表的一篇论文《3D Gaussian Splatting for Real-Time Radiance Field Rendering》。该论文提出了一种新的实时辐射场渲染方法,相比其他神经辐射场(NeRF)技术,具有更快的渲染速度。

Clarte团队将论文中提出的Differential Gaussian Rasterization算法集成到Unity原生插件中,开发出了这款支持OpenXR的高斯散射模型查看器。该项目使用CUDA实现了原始的高斯散射渲染器,不仅可以在VR环境中使用,还可以在Unity中独立渲染高斯散射效果。

主要特性

1. 支持同时加载多个模型
2. 可在多个摄像机上渲染高斯散射效果
3. 支持与3D场景进行深度混合
4. 基于OpenXR,兼容多种VR头显设备
5. 提供预编译的Windows版本,方便快速测试
6. 可从源代码编译或直接在Unity项目中使用

硬件要求

为了获得最佳体验,GaussianSplattingVRViewerUnity对硬件配置有一定要求:

• 支持VR的Windows电脑
• 最低GPU要求:支持CUDA且计算能力在7.0以上的显卡(如GeForce 2060及以上)
• 推荐GPU:GeForce 4070及以上

开发团队使用的测试硬件配置为:

• CPU: Intel Core i7-11700K
• RAM: 16GB
• GPU: NVIDIA GeForce RTX 3060 Ti
• VRAM: 8GB
• 操作系统: Windows 10

使用指南

快速开始

1. 从项目release页面下载最新版本的VR查看器。
2. 连接VR头显设备,并将其运行时设置为默认OpenXR运行时。
3. 运行GaussianSplattingVRViewer.exe可执行文件,启动VR应用程序。
4. 在弹出的菜单中选择并加载"default.ply"模型文件。

加载自定义模型

除了默认模型,用户还可以加载自己的高斯散射模型:

1. 可以下载预训练模型(14GB),或使用Polycam服务生成模型,甚至使用参考工具包训练自己的模型。
2. 将得到的point_cloud.ply文件复制到GaussianSplattingVRViewer.exe所在文件夹。
3. 启动应用程序,新添加的模型文件将出现在菜单列表中,可以选择加载。

操作方法

• 按住一个VR控制器的Grip按钮可旋转和移动场景。
• 同时按住两个控制器的Grip按钮可缩放场景。两个控制器之间会出现一条线,作为标尺辅助缩放。
• 左控制器的摇杆用于在场景中平移,如向前推动摇杆可沿控制器指向的方向飞行。
• 右控制器的摇杆用于左右或180度转向。
• 左控制器的Menu按钮可打开菜单,在菜单中可以:
  • 调整渲染分辨率
  • 查看渲染速度和模型总splat数量
  • 查看可加载的模型列表
  • 锁定模型以禁用旋转和缩放
  • 退出应用程序

性能表现

开发团队使用"自行车"场景进行了性能测试,在NVIDIA GeForce RTX 3060 Ti显卡上渲染1024x1024像素的结果如下:

• 官方SiBr查看器 / OpenGL(60°视场角): 12ms (80 FPS)
• Unity / DirectX 11 (60°视场角): 15ms (67 FPS)
• Unity / OpenXR (双眼,90°视场角): 38ms (26 FPS)

在VR模式下,由于视场角更大(90°而非60°)且需要渲染两个1024x1024的纹理(每只眼睛一个),因此会渲染更多的splat。

项目的意义与展望

GaussianSplattingVRViewerUnity项目为3D高斯散射技术在虚拟现实领域的应用开辟了新的可能性。它不仅为研究人员提供了一个便捷的工具来可视化和探索高斯散射模型,还为游戏开发者和VR内容创作者提供了一种新的高质量实时渲染方案。

随着硬件性能的不断提升和算法的持续优化,我们可以期待在未来看到更多基于3D高斯散射技术的impressive VR应用。例如:

1. 高度photorealistic的VR游戏和体验
2. 基于实景的虚拟旅游应用
3. 高精度的工业设计和建筑可视化
4. 医疗影像的3D重建和交互式查看

此外,GaussianSplattingVRViewerUnity作为一个开源项目,也为社区贡献和技术创新提供了平台。开发者可以基于这个项目进行二次开发,添加新的功能或优化渲染性能,推动3D高斯散射技术在VR领域的进一步发展。

结语

GaussianSplattingVRViewerUnity项目展示了3D高斯散射技术在虚拟现实领域的巨大潜力。它不仅提供了高质量的实时渲染效果,还具有良好的兼容性和易用性。无论您是研究人员、开发者还是VR爱好者,都可以通过这个项目轻松体验最新的3D渲染技术。随着技术的不断进步,我们有理由相信,基于3D高斯散射的VR应用将在未来为我们带来更加逼真和沉浸的虚拟体验。