Capture and Interact: Rapid 3D Object Acquisition and Rendering with Gaussian Splatting in Unity

📄 arXiv: 2510.06802v1 📥 PDF

作者: Islomjon Shukhratov, Sergey Gorinsky

分类: cs.GR, cs.CV

发布日期: 2025-10-08

💡 一句话要点

提出基于3D高斯溅射的快速3D物体获取与Unity实时渲染管线

🎯 匹配领域: 支柱三：空间感知与语义 (Perception & Semantics)

关键词: 3D高斯溅射 实时渲染 移动端扫描 云端重建 Unity引擎

📋 核心要点

  1. 现有3D物体实时获取与渲染方法面临速度慢、设备要求高等挑战，限制了其在AR、数字孪生等领域的应用。
  2. 该论文提出一种端到端管线，利用3D高斯溅射技术，结合移动设备扫描、云端处理和Unity渲染，实现快速3D重建和实时交互。
  3. 实验结果表明，该管线能在GPU上10分钟内完成扫描处理，并在笔记本电脑上实现平均150fps的实时渲染。

📝 摘要（中文）

实时捕捉和渲染三维（3D）物体仍然是一个重大挑战，但它在增强现实、数字孪生系统、远程协作和原型设计等应用中具有巨大的潜力。本文提出了一种端到端的管线，该管线利用3D高斯溅射（3D GS），能够使用移动设备、云处理和本地计算机快速获取和交互式渲染真实世界的物体。用户可以使用智能手机视频扫描物体，上传进行自动3D重建，并在Unity中以平均每秒150帧（fps）的速度在笔记本电脑上进行交互式可视化。该系统集成了移动捕捉、基于云的3D GS和Unity渲染，以支持实时远程呈现。实验表明，该管线在图形处理单元（GPU）上大约10分钟内处理扫描，并在笔记本电脑上实现实时渲染。

🔬 方法详解

问题定义：现有3D物体获取和渲染方法通常需要复杂的硬件设备和耗时的处理过程，难以实现快速、实时的交互体验。尤其是在移动端，由于计算资源的限制，高质量的3D重建和渲染仍然是一个挑战。因此，如何利用移动设备快速获取3D物体，并在普通计算机上实现实时渲染，是本文要解决的关键问题。

核心思路：本文的核心思路是利用3D高斯溅射（3D GS）技术，将3D物体表示为一组带有颜色、透明度和协方差等属性的高斯球。3D GS具有可微渲染的特性，可以通过优化这些高斯球的参数来重建3D场景。同时，利用云端GPU进行加速处理，将重建后的3D模型传输到本地计算机进行实时渲染。

技术框架：该管线主要包含三个阶段：1) 移动端扫描：使用智能手机拍摄物体视频，获取多视角图像。2) 云端3D重建：将视频上传到云端服务器，利用3D GS算法进行3D重建，得到优化后的高斯球参数。3) 本地实时渲染：将重建后的高斯球参数下载到本地计算机，使用Unity引擎进行实时渲染和交互。

关键创新：该方法的主要创新在于将3D GS技术与移动端扫描和云端处理相结合，实现了一种快速、高效的3D物体获取和渲染管线。与传统的基于Mesh的3D重建方法相比，3D GS具有更快的渲染速度和更好的视觉效果。此外，该方法还利用云端GPU进行加速处理，大大缩短了重建时间。

关键设计：在云端3D重建阶段，使用了3D GS算法进行优化，包括高斯球的位置、颜色、透明度和协方差等参数。损失函数通常包括渲染损失（例如L1或L2损失）和正则化项，以保证重建结果的质量。在Unity渲染阶段，使用了专门的shader来渲染高斯球，并实现了交互功能，例如旋转、缩放和平移。

📊 实验亮点

实验结果表明，该管线能够在GPU上大约10分钟内处理扫描数据，并在笔记本电脑上实现平均150fps的实时渲染。这表明该方法具有较高的效率和实用性。与传统的3D重建方法相比，该方法在渲染速度和视觉效果方面都有显著提升。此外，该方法还具有较好的鲁棒性，能够处理各种复杂形状和纹理的物体。

🎯 应用场景

该研究成果可广泛应用于增强现实、数字孪生、远程协作和原型设计等领域。例如，用户可以使用手机快速扫描真实物体，将其导入到AR应用中进行交互；可以构建数字孪生系统，对真实场景进行实时监控和管理；可以实现远程协作，让不同地点的用户共同查看和操作3D模型；可以用于产品原型设计，快速生成3D模型进行展示和评估。

📄 摘要（原文）

Capturing and rendering three-dimensional (3D) objects in real time remain a significant challenge, yet hold substantial potential for applications in augmented reality, digital twin systems, remote collaboration and prototyping. We present an end-to-end pipeline that leverages 3D Gaussian Splatting (3D GS) to enable rapid acquisition and interactive rendering of real-world objects using a mobile device, cloud processing and a local computer. Users scan an object with a smartphone video, upload it for automated 3D reconstruction, and visualize it interactively in Unity at an average of 150 frames per second (fps) on a laptop. The system integrates mobile capture, cloud-based 3D GS and Unity rendering to support real-time telepresence. Our experiments show that the pipeline processes scans in approximately 10 minutes on a graphics processing unit (GPU) achieving real-time rendering on the laptop.