SPAR3D

SPAR3D – Stability AI等機(jī)構(gòu)推出的單試圖重建 3D 網(wǎng)絡(luò)模型

SPAR3D是什么

SPAR3D是由Stability AI和伊利諾伊大學(xué)香檳分校聯(lián)合開發(fā)的一種先進(jìn)技術(shù)，旨在通過單張圖片高效生成高質(zhì)量的3D模型。該方法采用了兩階段的設(shè)計(jì)理念，在第一階段利用點(diǎn)擴(kuò)散模型生成稀疏的3D點(diǎn)云，而在第二階段則結(jié)合采樣的點(diǎn)云和輸入圖像，生成高度精細(xì)的網(wǎng)格。SPAR3D將回歸模型與生成模型的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，能夠準(zhǔn)確重建圖像中可見的表面，同時(shí)合理推測(cè)被遮擋部分的幾何形狀和紋理細(xì)節(jié)。這一技術(shù)在多個(gè)數(shù)據(jù)集上表現(xiàn)優(yōu)異，推理速度極快，并且支持用戶對(duì)生成的網(wǎng)格進(jìn)行交互式編輯，為單視圖3D重建提供了一種實(shí)用且高效的解決方案。

SPAR3D的主要功能

• 單視圖3D重建：能夠從一張2D圖像中重建出高質(zhì)量的3D網(wǎng)格模型，廣泛應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、電影制作、制造業(yè)等需要3D建模的領(lǐng)域。
• 快速推理：具備高效的推理性能，重建每個(gè)物體的時(shí)間僅需0.7秒，適合實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求。
• 用戶編輯支持：生成的3D網(wǎng)格允許用戶進(jìn)行交互式編輯，用戶可以基于點(diǎn)云的修改調(diào)整未見表面的細(xì)節(jié)，如添加部件或改善局部特征，以滿足個(gè)性化需求。
• 強(qiáng)大的泛化能力：不僅在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集上表現(xiàn)卓越，還能在多圖像和AI生成圖像上實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的幾何結(jié)構(gòu)重建和優(yōu)良的紋理效果，展現(xiàn)出強(qiáng)大的泛化性能。

SPAR3D的技術(shù)原理

• 兩階段設(shè)計(jì)：
  • 點(diǎn)采樣階段：使用輕量級(jí)點(diǎn)擴(kuò)散模型生成稀疏的3D點(diǎn)云。該模型基于DDPM框架，采用前向過程向原始點(diǎn)云添加噪聲，再通過后向過程的去噪器學(xué)習(xí)去除噪聲，從而生成包含XYZ和RGB信息的點(diǎn)云。點(diǎn)擴(kuò)散模型的低分辨率特性使得采樣速度迅速，能夠初步捕捉物體的基本形狀和顏色信息。
  • 網(wǎng)格化階段：將采樣得到的點(diǎn)云和輸入圖像作為條件，利用大型三平面Transformer生成高分辨率的三平面特征。這些特征用于估計(jì)物體的幾何形狀、紋理、光照及材質(zhì)屬性（如金屬度和粗糙度）。通過可微分渲染器進(jìn)行訓(xùn)練，將預(yù)測(cè)的幾何和材質(zhì)渲染成圖像，與真實(shí)圖像進(jìn)行比較，從而優(yōu)化模型參數(shù)，生成與輸入圖像高度一致且細(xì)節(jié)豐富的3D網(wǎng)格。
• 點(diǎn)云作為中間表示：點(diǎn)云作為連接兩個(gè)階段的橋梁，為網(wǎng)格化階段提供必要的幾何和顏色信息，支持用戶在點(diǎn)云層面進(jìn)行編輯，增強(qiáng)模型的靈活性和交互性。
• 概率建模與逆渲染：在點(diǎn)采樣階段，基于概率建模處理單視圖3D重建中的不確定性問題，生成合理的點(diǎn)云分布。在網(wǎng)格化階段，通過逆渲染技術(shù)將點(diǎn)云與圖像信息融合，推測(cè)出物體的詳細(xì)幾何結(jié)構(gòu)和材質(zhì)屬性，從而解決從單張圖像中分離幾何、光照和材質(zhì)的難題。

SPAR3D的項(xiàng)目地址

• 項(xiàng)目官網(wǎng)：https://spar3d
• GitHub倉(cāng)庫(kù)：https://github.com/Stability-AI/stable-point-aware-3d
• HuggingFace模型庫(kù)：https://huggingface.co/stabilityai/stable-point-aware-3d
• arXiv技術(shù)論文：https://arxiv.org/pdf/2501.04689

SPAR3D的應(yīng)用場(chǎng)景

• 家居設(shè)計(jì)：用戶拍攝家中沙發(fā)的照片，生成3D模型，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中預(yù)覽不同風(fēng)格沙發(fā)的搭配效果，幫助做出購(gòu)買決策。
• 電影制作：拍攝古堡遺址的照片，生成古堡的3D模型，特效團(tuán)隊(duì)可以在此基礎(chǔ)上創(chuàng)作出符合劇情需要的宏偉古堡場(chǎng)景。
• 工業(yè)設(shè)計(jì)：拍攝無(wú)人機(jī)原型的照片，生成3D模型，設(shè)計(jì)師能夠在模型上調(diào)整結(jié)構(gòu)，優(yōu)化無(wú)人機(jī)的性能。
• 游戲開發(fā)：拍攝森林的照片，生成森林的3D模型，開發(fā)者可以添加游戲元素，構(gòu)建出森林探險(xiǎn)的場(chǎng)景。
• 文物修復(fù)：拍攝破損佛像的照片，生成3D模型，專家能夠據(jù)此分析結(jié)構(gòu)，制定修復(fù)方案，幫助佛像恢復(fù)原貌。

常見問題

• SPAR3D支持哪些類型的圖像？ SPAR3D可以處理多種類型的2D圖像，只要圖像足夠清晰，便可進(jìn)行高質(zhì)量的3D重建。
• 生成的3D模型可以進(jìn)行哪些編輯？ 用戶可以在生成的3D網(wǎng)格上進(jìn)行交互式編輯，例如添加、刪除或修改模型的細(xì)節(jié)，滿足個(gè)性化需求。
• SPAR3D的推理速度是多少？ SPAR3D的推理速度非常快，平均每個(gè)物體的重建時(shí)間僅需0.7秒，適合實(shí)時(shí)應(yīng)用。
• 如何獲取SPAR3D的最新信息和更新？ 用戶可以訪問SPAR3D的官方網(wǎng)站及其GitHub倉(cāng)庫(kù)，獲取最新的技術(shù)信息和更新。