3D 가우시안 스플래팅은 무엇인가?

3D 가우시안 스플래팅은 실시간 렌더링에 최적화된 새로운 3D 모델링 기술입니다. 기존의 점 구름(Point Cloud)이나 메시(Mesh)와 달리, 수십만에서 수백만 개의 3D 가우시안(3D Gaussian)이라는 타원형의 투명한 점들을 사용하여 현실 세계를 재구성합니다. 이 기술은 특히 사진에서 고품질의 3D 장면을 빠르게 생성하는 데 탁월하며, 실시간 렌더링 환경에서 매우 높은 성능을 보입니다.

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3D 가우시안 스플래팅의 원리와 특징

• 원리: 3D 가우시안은 3차원 공간에서 평균과 공분산으로 정의되는 확률 분포를 나타냅니다. 각 가우시안은 위치, 크기, 회전, 색상, 투명도 등의 속성을 가지고 있습니다. 이 가우시안들을 2D 이미지 평면에 투사(Splating)하여 픽셀의 색상을 결정하는 방식으로 장면을 렌더링합니다.
• 특징:
  • 높은 품질: 현실에 가까운 매우 사실적인 렌더링 결과를 제공합니다.
  • 빠른 속도: 기존의 복셀(Voxel)이나 메시 기반 기술보다 훨씬 빠른 실시간 렌더링이 가능합니다. 이는 특히 가상현실(VR), 증강현실(AR), 게임 등에서 큰 이점입니다.
  • 사진 기반 생성: 여러 장의 2D 사진만으로 3D 모델을 쉽게 만들 수 있습니다.

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3D 가우시안 스플래팅 제작 과정

1. 데이터 수집: 다양한 각도에서 대상 물체나 장면을 촬영합니다. 일반적으로 스마트폰이나 카메라로 100~300장의 사진을 찍는 것이 좋습니다. 사진은 겹치는 부분이 많을수록 더 정확한 모델을 만들 수 있습니다.
2. 카메라 포즈 추정: 사진들의 상대적인 위치와 방향(카메라 포즈)을 계산하는 과정입니다. COLMAP 같은 SfM(Structure from Motion) 프로그램을 사용합니다.
3. 3D 가우시안 최적화: 카메라 포즈와 사진 데이터를 기반으로 3D 가우시안의 위치, 크기, 회전, 색상, 투명도 등을 반복적으로 최적화합니다. 이 과정에서 점진적 밀도 제어(Progressive Density Control) 및 **가우시안 분할(Gaussian Splitting)**과 같은 기법이 사용되어 세밀한 부분을 추가하거나 불필요한 가우시안을 제거합니다.

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추천 프로그램 및 소프트웨어

• 데이터 수집 및 전처리:
  • COLMAP: 사진으로부터 카메라 포즈를 추정하고 초기 점 구름(Point Cloud)을 생성하는 데 사용되는 무료 오픈소스 소프트웨어입니다.
• 3D 가우시안 생성 및 렌더링:
  • 3D Gaussian Splatting for Real-Time Radiance Field Rendering: 최초의 3D 가우시안 스플래팅 논문과 함께 공개된 오픈소스 프로젝트입니다. Python 기반으로, PyTorch와 같은 딥러닝 프레임워크를 사용합니다. 직접 코드를 실행하여 3D 모델을 생성할 수 있습니다.
  • Luma AI: 사용자가 촬영한 영상을 업로드하면 자동으로 3D 가우시안 모델을 생성해 주는 웹 기반 서비스입니다. 별도의 프로그램 설치 없이 쉽게 사용할 수 있습니다.
  • Splatting.ai: 3D 가우시안 스플래팅 모델을 웹에서 공유하고 렌더링할 수 있는 플랫폼입니다.
• 뷰어 및 편집기:
  • Unity/Unreal Engine용 플러그인: 3D 가우시안 모델을 게임 엔진에서 실시간으로 렌더링할 수 있는 플러그인들이 개발되고 있습니다. 이를 통해 VR/AR 콘텐츠 제작에 활용할 수 있습니다.

 

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