دنیای گرافیک سه‌بعدی شاهد تحولی چشمگیر بوده است، به ویژه در تکنیک‌های مورد استفاده برای رندر کردن صحنه‌های پیچیده. این مقاله به بررسی جزئیات سه فناوری کلیدی می‌پردازد که این چشم‌انداز را شکل داده‌اند: NeRF (میدان‌های درخشش عصبی)، ADOP (رندرینگ نقطه‌ای تقریبی و دیفرانسیل‌پذیر تک‌پیکسلی)، Gaussian Splatting و TRIPS (اسپلاتینگ نقطه‌ای سه‌خطی برای رندرینگ میدان درخشش بلادرنگ). هر کدام نشان‌دهنده جهشی رو به جلو در تلاش ما برای ایجاد دنیاهای مجازی هر چه واقعی‌تر هستند.
میدان‌های درخشش عصبی (NeRF)
NeRF به عنوان رویکردی پیشگامانه ظهور کرد و مجموعه‌ای از تصاویر دوبعدی را به یک صحنه سه‌بعدی قابل پیمایش تبدیل کرد. این فناوری از یک شبکه عصبی برای یادگیری بازنمایی سه‌بعدی با وضوح بالای یک صحنه استفاده می‌کند و رندر کردن تصاویر از دیدگاه‌های مختلف با جزئیات شگفت‌انگیز و فوتورئالیسم را ممکن می‌سازد. این فناوری در حوزه‌های مختلف، از واقعیت مجازی تا ناوبری خودکار، کاربردهایی پیدا کرده است.
Instant NeRF: گام بعدی
پیشرفت چشمگیر در فناوری NeRF، Instant NeRF است. این فناوری که توسط NVIDIA توسعه داده شده، فرآیند را به طور قابل توجهی سرعت می‌بخشد، به‌طوری که در عرض چند ثانیه روی چند ده عکس آموزش می‌بیند و صحنه سه‌بعدی را در میلی‌ثانیه رندر می‌کند. این قابلیت رندرینگ سریع، امکانات جدیدی را برای کاربردهای بلادرنگ باز می‌کند و می‌تواند انقلابی در ایجاد محتوای سه‌بعدی ایجاد کند.
ADOP: رندرینگ نقطه‌ای تقریبی و دیفرانسیل‌پذیر تک‌پیکسلی
ADOP، که مخفف عبارت رندرینگ نقطه‌ای تقریبی و دیفرانسیل‌پذیر تک‌پیکسلی است، یک پایپ‌لاین رندرینگ عصبی نقطه‌محور و دیفرانسیل‌پذیر است که توسط داریوش روکرت، لینوس فرانکه و مارک استامینگر معرفی شده است. این سیستم برای دریافت تصاویر دوربین کالیبره‌شده و یک هندسه پروکسی از صحنه، معمولاً یک ابر نقطه، به عنوان ورودی طراحی شده است. سپس ابر نقطه با بردارهای ویژگی یادگرفته‌شده به عنوان رنگ رستر می‌شود و یک شبکه عصبی عمیق برای پر کردن شکاف‌ها و سایه‌زنی هر پیکسل خروجی به کار گرفته می‌شود.
رسترایزر در ADOP نقاط را به صورت اسپلات‌های تک‌پیکسلی رندر می‌کند، که نه تنها بسیار سریع است، بلکه امکان محاسبه کارآمد گرادیان‌ها را نسبت به تمام پارامترهای ورودی مرتبط فراهم می‌کند. این امر آن را به ویژه برای کاربردهایی که نیاز به نرخ رندرینگ بلادرنگ دارند، حتی برای مدل‌هایی با بیش از 100 میلیون نقطه، مناسب می‌سازد.
علاوه بر این، ADOP شامل یک مدل دوربین فوتومتریک مبتنی بر فیزیک کاملاً دیفرانسیل‌پذیر است که نوردهی، تراز سفیدی و تابع پاسخ دوربین را در بر می‌گیرد. ADOP با پیروی از اصول رندرینگ معکوس، ورودی خود را برای به حداقل رساندن ناسازگاری‌ها و بهینه‌سازی کیفیت خروجی خود پالایش می‌کند. این شامل بهینه‌سازی پارامترهای ساختاری مانند موقعیت دوربین، اعوجاج لنز، موقعیت‌های نقطه و ویژگی‌ها، و همچنین پارامترهای فوتومتریک مانند تابع پاسخ دوربین، وینیتینگ و نوردهی و تراز سفیدی برای هر تصویر می‌شود.
ADOP به دلیل توانایی‌اش در مدیریت روان تصاویر ورودی با نوردهی و تراز سفیدی متغیر، و قابلیت تولید خروجی با دامنه دینامیکی بالا، پیشرفت چشمگیری در زمینه رندرینگ عصبی به شمار می‌رود. اگر به گرافیک کامپیوتری، به ویژه جایگزین‌هایی برای Gaussian splatting، علاقه دارید، رویکرد ADOP به رستر کردن نقاط و پالایش صحنه می‌تواند برای کار یا تحقیقات شما بسیار مرتبط باشد.
Gaussian Splatting
با حرکت به سمت روش‌های سنتی، Gaussian Splatting به عنوان یک تکنیک امتحان‌شده و آزمایش‌شده برای رندرینگ حجمی و گرافیک نقطه‌محور مطرح است. این روش داده‌های سه‌بعدی را با استفاده از توزیع‌های گاوسی بر روی یک صفحه دوبعدی تصویر می‌کند و انتقال‌های صاف و رندر کردن داده‌های حجمی مانند اسکن‌های پزشکی را با وضوح چشمگیر ایجاد می‌کند.
تحولات اخیر
پیشرفت‌های اخیر **Gaussian Splatting سه‌بعدی (3DGS)** را معرفی کرده‌اند که سرعت رندرینگ را تسریع می‌کند و بازنمایی صریحی از صحنه‌ها ارائه می‌دهد. این امر بازسازی و ویرایش پویا را تسهیل می‌کند و مرزهای آنچه را که می‌توان با روش‌های اسپلاتینگ سنتی به دست آورد، گسترش می‌دهد.
TRIPS: مرز رندرینگ بلادرنگ
TRIPS نمایانگر لبه‌ی فناوری است و نقاط قوت Gaussian Splatting و ADOP (ابرهای نقطه با چگالی تطبیقی) را با هم ترکیب می‌کند. این روش نقاط را در یک هرم تصویری فضای صفحه رستر می‌کند و امکان رندر کردن نقاط بزرگ با یک نوشتن سه‌خطی واحد را فراهم می‌کند. سپس یک شبکه عصبی سبک‌وزن، یک تصویر دقیق و بدون حفره را بازسازی می‌کند.
چرا TRIPS برجسته است
- عملکرد بلادرنگ: TRIPS نرخ 60 فریم در ثانیه را در سخت‌افزار استاندارد حفظ می‌کند، که آن را برای کاربردهای بلادرنگ مناسب می‌سازد.
- پایپ‌لاین رندر دیفرانسیل‌پذیر: دیفرانسیل‌پذیری پایپ‌لاین به این معنی است که اندازه‌ها و موقعیت‌های نقطه می‌توانند به طور خودکار بهینه شوند، که کیفیت صحنه رندرشده را بهبود می‌بخشد.
- کیفیت در سناریوهای چالش‌برانگیز: TRIPS در رندر کردن هندسه‌های پیچیده و مناظر وسیع، برتری دارد و پایداری زمانی و جزئیات بهتری نسبت به روش‌های قبلی ارائه می‌دهد.
پایپ‌لاین TRIPS
منابع TRIPS
جمع‌بندی
سفر از NeRF به TRIPS پیشرفت سریع در رندرینگ صحنه‌های سه‌بعدی را خلاصه می‌کند. با حرکت به سمت روش‌های کارآمدتر و با دقت بالا، پتانسیل ایجاد تجربه‌های مجازی غوطه‌ورکننده به طور فزاینده‌ای ملموس می‌شود. این فناوری‌ها نه تنها مرزهای گرافیک را جابجا می‌کنند، بلکه راه را برای نوآوری در صنایع مختلف، از سرگرمی تا برنامه‌ریزی شهری، هموار می‌کنند.
برای کسانی که به دنبال کاوش عمیق‌تر در این فناوری‌ها هستند، منابع زیادی در دسترس است، از جمله بررسی‌های جامع و پلتفرم‌های متن‌باز که توسعه پروژه‌های NeRF را تسهیل می‌کنند. آینده رندرینگ سه‌بعدی روشن است و این فناوری‌هایی مانند NeRF، Gaussian Splatting و TRIPS هستند که مسیر پیش رو را روشن خواهند کرد.