3D Gaussian Splatting, dijital ortamlar yaratma ve bu ortamlarla etkileşim kurma şeklimizde devrim yaratmayı vaat eden benzersiz bir tekniktir. Fotogrametri ve Neural Radiance Fields (NeRF) gibi geleneksel yöntemlere yenilikçi bir alternatif sunan bu teknik, mimariden oyunlara, sanal gerçeklikten bilimsel görselleştirmeye kadar geniş bir uygulama yelpazesi için olanaklar sunuyor.
Bu makalede, 3D Gauss Splatting'in ne olduğuna, faydalarına ve kullanım alanlarına ve diğer tekniklerle nasıl karşılaştırıldığına daha yakından bakacağız. Ayrıca bu yöntemi kullanarak 3D tasarımlar oluşturmak için kullanılabilecek araçları da inceleyeceğiz.
3D Gauss Sıçratma Nedir?
3D Gaussian Splatting, bilgisayar grafiklerinde 2D görüntülerden 3D bir sahne oluşturmak için kullanılan bir yöntemdir. Bir nesnenin her biri farklı bir açıdan çekilmiş birkaç farklı resmine sahip olduğunuzu düşünün. Gaussian Splatting tüm bu görüntüleri alır ve bu nesnenin ayrıntılı, üç boyutlu bir temsilini oluşturmak için bunları bir araya getirir.
'Gaussian Splatting' adı, çan şeklindeki bir eğriye benzeyen bir tür matematiksel formül olan Gaussian fonksiyonunun kullanılmasından gelmektedir. Bu fonksiyon görüntüdeki piksellere ağırlık atamak için kullanılır ve farklı bakış açıları arasında yumuşak ve kesintisiz bir geçiş sağlanmasına yardımcı olur. Sonuç, tıpkı fiziksel dünyadaki gerçek bir nesne gibi her açıdan görüntüleyebileceğiniz bir 3D modeldir.
Bu teknik, 3D modeller oluşturmak için hızlı ve etkili bir yol sağlar ve özellikle işlenecek çok fazla veriniz olduğunda kullanışlıdır. Ayrıca çok yönlüdür ve video oyunlarından tıbbi görüntülemeye kadar birçok alanda kullanılabilir. Yani ister grafik tasarımcısı, ister oyun geliştiricisi ya da bilim insanı olun, 3D Gaussian Splatting araç setinizde değerli bir araç olabilir.
3D Gauss Sıçratmanın Arkasındaki Süreç
Gaussian Splatting kullanılarak bir 3D modelin oluşturulması birkaç adım içerir:
Hareketten Yapı Oluşturma: Bu ilk adım, bir dizi görüntüden 3D nokta bulutu oluşturmak için Hareketten Yapı (SfM) tekniğini kullanır. Bu teknik, 2D görüntü verilerinden 3D bir temsil oluşturmada etkilidir.
Gausslara Dönüştürme: Nokta bulutu elde edildikten sonra, her nokta rasterleştirmeye olanak tanıyan bir Gauss'a dönüştürülür. Ancak bu aşamada SfM verilerinden yalnızca konum ve renk bilgileri çıkarılabilir. Daha iyi sonuçlar için ek eğitime ihtiyaç vardır.
Eğitim: Bu adımda, sinir ağlarına benzer şekilde ancak katmanlama olmadan Stokastik Gradyan İnişi kullanılır. Eğitim süreci, Gaussları farklılaştırılabilir Gauss rasterleştirmesi kullanarak bir görüntüye rasterleştirmeyi, rasterleştirilmiş ve yer gerçeği görüntüleri arasındaki eşitsizliğe dayalı kaybı hesaplamayı, Gauss parametrelerini kayba göre ayarlamayı ve son olarak otomatik yoğunlaştırma ve budama uygulamasını içerir.
Farklılaştırılabilir Gauss Rasterleştirme Uygulaması: 3D Gaussian Splatting, verileri ekrana yansıtan bir rasterleştirme yöntemi kullanır. Bu yöntemin hızlı ve farklılaştırılabilir olduğuna dikkat etmek önemlidir. Rasterleştirme işlemi, her bir Gauss'un kameranın bakış açısından 2D'ye yansıtılmasını, Gauss'ların derinliğe göre sıralanmasını ve her bir Gauss'un her piksel için önden arkaya doğru harmanlanmasını içerir.
Gauss Fonksiyonu Nasıl Görünür?
3D Gaussian Splatting'in merkezinde, çan eğrisi şekliyle karakterize edilen Gaussian fonksiyonu yer alır. Ayrık noktaların canlı ve uyumlu bir panoramaya dönüştürülmesinde önemli bir rol oynar. İşte 3D Gauss sıçramalarının bundan nasıl yararlandığı:
Resim kaynağı: mathworld.wolfram.com
Konum (XYZ): Bu, 3B uzaydaki her noktanın tam konumuna karar verir.
Kovaryans (3x3 matris): Bu, her noktanın biçimini ve büyüklüğünü etkileyerek nasıl büyüdüğünü veya küçüldüğünü yönetir.
Renk (RGB): Bu, her noktanın tonunu belirleyerek görsel çeşitliliğe katkıda bulunur.
Alfa (α): Bu, sahnenin özgünlüğünü artıran şeffaflık seviyesini düzenler.
3D Gauss Splatting'in Pratik Kullanımları
3D Gauss Splatting, çeşitli endüstrilere yayılan geniş bir pratik uygulama yelpazesine sahiptir ve bu da onu 3D modellerin oluşturulması ve görselleştirilmesinde çok yönlü bir araç haline getirir. Eşsiz özelliklerini ve bu alanlara getirdikleri farklı faydaları daha derinlemesine inceleyelim.
Mimarlık ve İnşaat: Mimarlar ve inşaat profesyonelleri, binaların gerçekçi modellerini oluşturmak için 3D Gaussian splatting'i kullanabilir ve müşterilerin herhangi bir gerçek inşaat gerçekleşmeden önce nihai ürünü görselleştirmelerini sağlayabilir. Bu, potansiyel tasarım kusurlarını erkenden tespit ederek zamandan ve kaynaklardan tasarruf edilmesine yardımcı olabilir.
E-ticaret: Çevrimiçi perakendeciler, ürünlerini daha gerçekçi ve ilgi çekici bir şekilde sergilemek için 3D Gaussian splatting kullanarak müşterilerin ürünleri farklı açılardan ve perspektiflerden görmelerini sağlayabilir. Ürünlerle sanal etkileşim, müşteri memnuniyetini artırmaya ve iadeleri azaltmaya da yardımcı olabilir.
Eğitim ve Öğretim: 3D Gauss splatting, özellikle tıp, havacılık ve askeri eğitim gibi alanlarda faydalı olabilecek eğitim amaçlı gerçekçi simülasyonların oluşturulmasını sağlar. Bu sayede gerçek dünya riskleri olmadan güvenli ve verimli pratik yapılabilir.
Sanal Gerçeklik ve Oyun: Sanal gerçeklik ve oyunlarda 3D Gaussian splatting kullanımı, daha sürükleyici ve gerçekçi ortamlara olanak tanıyarak kullanıcılar için genel deneyimi geliştirir. Ayrıca dinamik aydınlatma efektlerine olanak tanıyarak derinlik ve gerçekçilik hissi yaratır.
Ürün Tasarımı ve Prototipleme: 3D Gauss splatting ile tasarımcılar fikirlerini gerçekçi bir şekilde kolayca görselleştirebilir, hızlı ve doğru yinelemelere olanak tanır. Bu, ürün tasarımı ve prototip oluşturma sürecini büyük ölçüde hızlandırabilir.
Sanal Etkinlikler ve Sergiler: Son zamanlarda sanal etkinliklere geçişle birlikte, sergiler, konferanslar ve ticari fuarlar için gerçekçi sanal ortamlar oluşturmak için 3D Gauss sıçratma kullanılabilir. Bu, katılımcılar için etkileşimli ve ilgi çekici bir deneyim sağlar.
3D Gauss Splatting vs Fotogrametri vs NeRP
Konu 3D modeller oluşturmak olduğunda, 3D Gauss sıçratma, fotogrametri ve NeRP (Neural Radiance Point) dahil olmak üzere çeşitli teknikler mevcuttur. Her yöntemin kendine özgü güçlü ve zayıf yönleri olsa da, aralarındaki bazı temel farklar şunlardır
Doğruluk
3D Gauss splatting genellikle doğruluk açısından diğer yöntemlerden daha iyi performans gösterir. Her bir vokseldeki renk ve opaklığı tahmin etmek için matematiksel bir fonksiyon kullanır, bu da çok hassas ve ayrıntılı 3B modeller ortaya çıkarır. Öte yandan fotogrametri birden fazla fotoğrafa dayanır ve özellikle karmaşık doku veya desenlerin bulunduğu alanlarda ince ayrıntıları doğru bir şekilde yakalayamayabilir. NeRP, 3D sahneleri oluşturmak için yapay zeka kullanan etkileyici bir teknoloji olsa da, eğitim verilerine bağımlılığı nedeniyle bazen farklı sahnelerde tutarlı doğruluk sağlamakta zorlanabilir.
Hız
Hız, 3D Gauss splatting'in parladığı bir başka faktördür. Hızlı ve verimli hesaplamaya olanak tanıyarak gerçek zamanlı render veya etkileşimli görselleştirme gerektiren uygulamalar için mükemmel bir seçimdir. Fotogrametri, birden fazla görüntünün işlenmesini içerdiğinden ve genellikle hataları düzeltmek veya eksik verileri doldurmak için manuel müdahale gerektirdiğinden daha fazla zaman alabilir. NeRP, verimli olmasına rağmen, önemli hesaplama kaynakları gerektirir ve gerçek zamanlı uygulamalar için uygun olmayabilir.
Uygulanabilirlik
Uygulanabilirlik açısından, her üç yöntemin de kendine özgü kullanım alanları vardır. 3D Gauss splatting son derece çok yönlüdür ve tıbbi görüntüleme, görselleştirme, VR/AR ve daha fazlası dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılabilir. Fotogrametri, gerçek dünyadaki nesneleri ve ortamları yeniden yapılandırmada mükemmeldir ve bu da onu kültürel mirasın korunması, mimari ve arkeoloji için ideal hale getirir. Daha yeni bir gelişme olan NeRP, bilgisayar grafikleri ve görsel efektlerde, özellikle de modeli eğitmek için bir veri kümesinin kullanılabileceği senaryolarda büyük umut vaat etmektedir.
3D Gauss Sıçratma için Araçlar
Luma AI ve Polycam, iOs, Android veya web platformlarını kullanarak 3D Gaussian Splatting oluşturmak için kullanımı kolay iki araçtır.
Bu uygulamalarla, bu modelleri hızlı bir şekilde -yaklaşık 30 dakikalık bir zaman dilimi içinde- ve uygun maliyetle oluşturabilirsiniz. Ürünlerini 3D olarak sergilemek isteyen online satıcılar ve sahnelerine ekstra bir derinlik ve gerçekçilik katmak isteyen film özel efekt yaratıcıları için kullanışlı bir araçtır.
Polycam kullanılarak yakalanan bu gauss sıçramalarına bir göz atın.
Sonuç
3D Gaussian Splatting, ek bir render tekniğinden çok daha fazlasını temsil ediyor; 3D render anlayışımızı zorluyor ve dönüştürüyor. Gerçek zamanlı uygulama ve yüksek kaliteli sonuçlar üretme kapasitesiyle dikkat çeken bir teknolojidir. Eğer ilgi alanınız 3D grafikler, oyun geliştirme veya üstün, gerçek zamanlı render gerektiren herhangi bir alansa, Gaussian Splatting mutlaka göz önünde bulundurulması gereken bir teknolojidir.
