什麼是高斯潑濺？

數十年來，電腦繪圖一直以幾何形狀來呈現世界。從電玩場景到建築渲染，無一不是依賴網格模型，通常是由許多三角形拼接而成的表面。

然而，一種稱為「高斯潑濺」的新興方法，正在改變我們從影像中重建現實的方式。近期在Kickstarter上推出的POP 4 3D掃描器，提供了一種全新的混合式高斯潑濺類型，能同時兼顧精確的幾何結構與高度的視覺真實感。

 

定義

高斯潑濺是3D空間中的微小、柔軟的點狀物，每個點都儲存了位置（存在於空間中的哪個位置）、顏色（外觀）、尺寸（點的大小）以及透明度（如何與其他點融合）。

單看一個高斯點毫無意義，但當數百萬個點排列在一起時，它們就構成了一個完整且逼真的3D場景。基本上，這個系統不是繪製表面，而是用體積化的光點來「描繪」整個世界。

 

為何會出現高斯潑濺？

傳統3D繪圖使用的是網格模型，由數百到數百萬個平面三角形連接而成，用以構成表面。

網格模型在遊戲、工程模型、CAD設計和動畫資產中普遍運作良好。然而，網格模型在重現複雜的真實世界細節時常遇到困難，例如頭髮、樹木、反射、細膩紋理和光線變化。

為了解決這個問題，研究人員開始減少對完美幾何的執著，轉而更注重「場景從任何角度看起來的樣子」，從而促成了高斯潑濺的誕生。

 

高斯潑濺通常是怎麼建立的

過程通常始於從多個角度拍攝真實場景的照片或影片。接著，演算法會分析這些影像，並估算出3D空間中各個點的位置。它不會將這些點連接成表面，而是為每個點賦予一個潑濺點。每個潑濺點都帶有顏色、尺寸和透明度資料，在渲染時，這些潑濺點會彼此重疊、混合，形成一個類似3D雲霧的結構，從特定角度觀看時會呈現固體般的立體感。

 

使用POP 4建立高斯潑濺的方式

與一般的高斯潑濺不同，POP 4三維掃描器 結合了幾何與高斯潑濺技術，先建立精確的模型，再將其轉換為超真實的3D高斯模型。

 

點雲擷取

首先，您使用POP 4掃描物體，獲取代表其幾何結構的精確點雲資料。

網格重建

接著，在Revo Scan 6軟體中，您將點雲處理為標準的3D網格，從而獲得堅實且可測量的結構。

高斯潑濺擷取

然後，您使用POP 4的RGB相機，從各個角度捕捉物體的外觀資料。

潑濺對應至網格

最後，在Revo Scan 6中，將潑濺點對應至網格上，為網格增添高傳真的顏色、光線和精細視覺細節。

透過這種創新的混合式做法，您既能獲得結構上的精確性，也能提升視覺的真實感。

 

外觀表現

在渲染完成後，高斯3D模型通常看起來就像原始物體非常逼真的複製品。這種真實感來自於光線表現，無論從哪個角度觀看，都顯得自然且連續。此外，細微的細節（例如樹葉或頭髮）也比網格模型保存得更好。

高斯3D模型還可以從不同角度順暢地觀看，其外觀會根據視角變化而有所不同（這是從先前捕捉的影像中學習而來的），使環境或物體比手動建構的模型更顯真實。

 

高斯潑濺與傳統3D模型的比較

一個有用的理解方式是：傳統的網格基礎3D模型像是雕刻一座雕塑，而高斯潑濺則是在重建光線如何充滿整個空間。前者側重於結構，後者側重於外觀。這種差異正是高斯潑濺看起來如此逼真的原因，即使它們的行為模式與傳統模型不同。

這也是POP 4的高斯潑濺模式特別之處——您不再需要在兩者之間做取捨，因為POP 4融合了精確的幾何與外觀，打造出更優質的高斯3D模型。

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