PhysGen3D

PhysGen3D – 清华等高校联合推出的单图创建交互式 3D 场景

PhysGen3D是什么

PhysGen3D 是一个前沿的框架，旨在将单一图像转化为互动的 3D 场景，并生成具有物理真实性的视频。此技术融合了基于图像的几何和语义分析，以及基于物理的模拟，通过从单张图片中推导物体的 3D 形状、姿态、物理特性和光照信息，创造出以图像为核心的数字双胞胎。同时，利用物质点方法（MPM）模拟物体的反事实物理行为，最终将动态效果无缝融合到原始图像中，以产生视觉上真实的结果。

PhysGen3D的主要功能

• 从单张图像生成互动式 3D 场景：PhysGen3D 能够将单张图像转化为可互动的 3D 场景，用户可以在其中模拟各种物理行为。
• 精确控制物体的初始条件：用户可定义物体的速度、材质特性等初始条件，从而精细调控生成视频的效果。
• 生成具有物理真实性的视频：通过结合图像的几何和语义理解以及物理模拟，PhysGen3D 可生成在动态和光照方面都极具真实感的视觉效果。
• 高密度 3D 跟踪：支持对场景中物体进行精确的 3D 跟踪。
• 视频编辑功能：用户可以在不同场景间交换物体，或在不改变物体初始位置的情况下移除特定物体。
• 多角度相机控制：支持从不同视角生成视频。
• 从绘画生成视频：不仅能处理图像，还可以处理绘画等其他输入类型，生成相应的视频。

PhysGen3D的技术原理

• 3D 场景重建：PhysGen3D 利用先进的图像几何和语义理解技术，从单张图像中推断物体的 3D 形状、姿态、物理特性和光照信息，同时重建背景的几何形状和外观。通过整合多种预训练视觉模型的输出，构建以图像为中心的数字双胞胎。
• 物理模拟：在物理模拟方面，PhysGen3D 采用物质点方法（MPM），这种基于点和体素的框架用于模拟图像中物体的反事实物理行为。通过准确推导物体的物理属性，实现高真实感和稳定性的模拟，用户可以根据需要设定物体的速度和材质等初始条件。
• 基于物理的渲染：在完成动态模拟后，PhysGen3D 通过插值计算顶点和网格变形，使用优化的基于物理的渲染（PBR）材料，依托 Mitsuba3 进行物理基础的渲染。为避免将整个静态背景纳入渲染流程，PhysGen3D 构建了一个 3D 阴影捕捉表面，并采用双遍阴影映射技术提取阴影和全局光照效果，最终将前景物体与阴影合成到修复后的背景中，生成最终视频。

PhysGen3D的项目地址

• 项目官网：https://by-luckk.github.io/PhysGen3D/
• Github仓库：https://github.com/by-luckk/PhysGen3D
• arXiv技术论文：https://arxiv.org/pdf/2503.20746

PhysGen3D的应用场景

• 影视制作与特效：PhysGen3D 可广泛应用于影视特效制作，帮助创作者快速构建物理真实感的动态场景。
• 虚拟现实与增强现实：在虚拟现实（VR）和增强现实（AR）应用中，PhysGen3D 能够从单张图像生成互动的 3D 场景，为用户提供沉浸式体验。
• 教育与培训：该技术可用于教育领域，帮助学生更好地理解物理概念。
• 游戏开发：为游戏开发者提供新的可能性，使其能够从单张图像生成具有物理真实性的动态场景，从而快速构建游戏关卡和环境。
• 广告与营销：在广告与营销领域，PhysGen3D 可用于生成引人注目的动态广告内容，通过产品照片生成动态视频，展示产品的使用场景和物理特性，吸引消费者的关注。

常见问题

Q: PhysGen3D 能处理哪些类型的输入？
A: PhysGen3D 可以处理单张图像、绘画等多种输入类型。

Q: 用户可以在多大程度上控制生成视频的效果？
A: 用户可以精确设定物体的初始条件，如速度和材质属性，以控制生成效果。

Q: PhysGen3D 的适用领域有哪些？
A: 适用领域包括影视制作、虚拟现实、教育、游戏开发及广告营销等。