DomeGS: Perceptually Consistent Background Completion for Unbounded 3D Gaussian Splatting in Virtual Reality

📄 arXiv: 2610.37172v1 📥 PDF

作者: Anastasiya Pechko, Agata Szymańska, Piotr Borycki, Joanna Szelewska, Michał Mnich, Sławomir Tadeja, Przemysław Spurek

分类: cs.GR

发布日期: 2026-10-27

备注: 9 pages, 10 figues

💡 一句话要点

提出DomeGS以解决虚拟现实中3D场景背景不完整问题

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

关键词: 虚拟现实 3D高斯点云 场景重建 沉浸感 天穹整合 视图合成 用户体验

📋 核心要点

  1. 现有的3D高斯点云方法在重建无界户外场景时，常因缺乏远处几何约束而导致地平线不完整，影响用户沉浸感。
  2. DomeGS框架通过将天穹概念整合为3DGS场景的一部分，提供了一个统一的环境，增强了前景与背景的连贯性。
  3. 实验结果表明，DomeGS在空间存在感和现实感方面均显著优于传统的天空盒方法，提升幅度均为p=0.042。

📝 摘要（中文）

随着对高质量3D内容需求的增长，虚拟现实（VR）面临着重大挑战。新兴的视图合成技术使得内容创建变得迅速，其中3D高斯点云（3DGS）成为生成高保真3D场景的有前景的方法。然而，使用3DGS重建无界户外场景时，由于缺乏数据或远处几何约束，地平线可能不完整，影响沉浸感。传统VR系统通常使用纹理立方体或球体来创建远景背景，但这些方法难以与重建的3DGS几何体无缝融合。为了解决这些问题，我们提出了DomeGS框架，将天穹概念作为重建的高斯点云3D场景的一部分，通过将地平线和天空整合到3DGS表示中，提供了一个统一且场景一致的环境，增强了现实感。实验评估显示，DomeGS显著提高了空间存在感（p=0.042）和现实感（p=0.042），相比于天空盒基线。

🔬 方法详解

问题定义：论文要解决的问题是如何在虚拟现实中有效重建无界户外场景的背景，现有的3D高斯点云方法在此方面存在地平线不完整的问题，影响用户的沉浸体验。

核心思路：DomeGS的核心思路是将天穹概念融入到3DGS的重建过程中，而不是将其作为一个独立的背景层，从而实现前景与背景的无缝融合，提升场景的整体一致性和真实感。

技术框架：DomeGS框架包括几个主要模块：首先是3DGS的生成模块，负责创建高保真的3D场景；其次是天穹整合模块，将天空和地平线信息整合到3DGS中；最后是渲染模块，确保最终输出的场景在视觉上连贯且真实。

关键创新：DomeGS的创新点在于将天穹作为3DGS场景的一部分进行处理，这与传统方法的分离处理方式有本质区别，能够有效提升场景的沉浸感和真实感。

关键设计：在设计中，DomeGS采用了特定的损失函数来优化前景与背景的融合效果，同时在网络结构上进行了调整，以确保天穹信息的有效整合。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

实验结果显示，DomeGS在空间存在感和现实感方面均显著优于传统的天空盒方法，提升幅度均为p=0.042，表明该方法在增强用户沉浸体验方面具有显著效果。

🎯 应用场景

DomeGS框架具有广泛的应用潜力，尤其是在虚拟现实游戏、模拟训练和虚拟旅游等领域。通过提升3D场景的真实感和沉浸感，该技术能够显著改善用户体验，推动虚拟现实技术的进一步发展和应用。

📄 摘要（原文）

The growing need for high-quality 3D content remains among the most prevalent challenges in virtual reality (VR). Recently, novel view synthesis techniques have enabled rapid content creation, with 3D Gaussian Splatting (3DGS) emerging as one of the most promising methods for generating high-fidelity 3D scenes. However, using 3DGS to reconstruct unbounded outdoor scenes can leave horizons incomplete due to missing data or a lack of distant geometric constraints. Such incompleteness can break immersion, compromising VR's core characteristic. A typical workaround in traditional VR systems is a textured cube (skybox) or sphere (skydome) surrounding the environment to create the illusion of a distant background. However, these approaches struggle to blend seamlessly with the reconstructed 3DGS geometry. To address these issues, we introduce the DomeGS framework, which incorporates the skydome concept not as a flat background shell, but as a part of the reconstructed Gaussian Splatting 3D scene. By integrating the horizon and sky into the 3DGS representation, our method provides a unified, scene-consistent environment bridging foregrounds and backgrounds for greater realism. Experimental evaluation with N=36 users demonstrates that DomeGS significantly increases spatial presence (p=0.042) and realism (p=0.042) compared to the skybox baseline.