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北京讯 – 近日，由清华大学等多所高校联合研发的创新框架PhysGen3D正式亮相，引发业界广泛关注。该框架能够将单张图像转化为交互式的3D场景，并生成具有物理真实感的视频，为影视制作、虚拟现实、游戏开发等领域带来了新的可能性。
PhysGen3D的核心在于其结合了基于图像的几何和语义理解，以及基于物理的模拟技术。通过单张图像，PhysGen3D能够推断出物体的3D形状、姿态、物理和光照属性，从而创建出以图像为中心的数字孪生。更进一步，它采用物质点方法（MPM）模拟物体的反事实物理行为，最终将动态效果无缝整合到原始图像中，生成视觉逼真的结果。
PhysGen3D的主要功能包括：
- 从单张图像创建交互式3D场景： 用户可以在场景中模拟不同的物理行为，实现互动。
- 精确控制物体初始条件： 用户可以自定义物体的速度、材质属性等，从而精细控制生成视频的结果。
- 生成具有物理真实感的视频： 通过结合图像理解和物理模拟，生成在动态和光照方面都逼真且合理的视频。
- 密集3D跟踪： 对场景中的物体进行精确的3D跟踪。
- 视频编辑： 支持在不同场景之间交换物体，或在保持物体初始位置不变的情况下移除某些物体。
- 相机控制： 支持从不同视角生成视频。
- 从绘画生成视频： 可以处理生成的图像和绘画等其他类型的输入，并生成视频。
技术原理：多重算法融合，打造逼真3D体验
PhysGen3D的技术原理主要体现在三个方面：3D场景重建、物理模拟和基于物理的渲染。
- 3D场景重建： PhysGen3D 利用先进的基于图像的几何和语义理解技术，结合多种预训练的视觉模型，推断出物体的3D形状、姿态、物理和光照属性，并重建背景的几何和外观。
- 物理模拟： 采用物质点方法（MPM），模拟图像中物体的反事实物理行为。用户可以指定物体的速度、材质属性等初始条件，对生成视频的结果进行精细控制，实现高度的真实感和稳定性。
- 基于物理的渲染： 通过运动插值计算顶点运动，变形网格，使用优化的基于物理的渲染（PBR）材料，在环境光照下利用 Mitsuba3 进行渲染。同时，构建3D阴影捕捉表面，采用两遍阴影映射技术提取阴影和全局光照效果，最后将前景物体和阴影合成到修复后的背景上，生成最终的视频。
应用前景广阔：赋能多领域创新
PhysGen3D的应用场景十分广泛，有望在多个领域发挥重要作用：
- 影视制作与特效： 帮助创作者快速构建具有物理真实感的动态场景，降低特效制作成本。
- 虚拟现实与增强现实： 从单张图像生成交互式的3D场景，为用户提供沉浸式的体验。
- 教育与培训： 帮助学生更好地理解物理概念，提升教学效果。
- 游戏开发： 开发者可以从单张图像生成具有物理真实感的动态场景，快速构建游戏中的关卡和场景。
- 广告与营销： 生成吸引人的动态广告内容，展示产品的使用场景和物理特性，吸引消费者的注意力。
项目信息：
- 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的推出，标志着单图驱动3D场景生成技术迈上了一个新的台阶。其强大的功能和广阔的应用前景，有望为相关产业带来颠覆性的变革，推动数字内容创作进入一个更加高效、便捷的新时代。未来，随着技术的不断发展和完善，PhysGen3D有望在更多领域展现其独特的价值，为人们的生活和工作带来更多便利和惊喜。
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