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2025-01-30 更新
LinPrim: Linear Primitives for Differentiable Volumetric Rendering
Authors:Nicolas von Lützow, Matthias Nießner
Volumetric rendering has become central to modern novel view synthesis methods, which use differentiable rendering to optimize 3D scene representations directly from observed views. While many recent works build on NeRF or 3D Gaussians, we explore an alternative volumetric scene representation. More specifically, we introduce two new scene representations based on linear primitives-octahedra and tetrahedra-both of which define homogeneous volumes bounded by triangular faces. This formulation aligns naturally with standard mesh-based tools, minimizing overhead for downstream applications. To optimize these primitives, we present a differentiable rasterizer that runs efficiently on GPUs, allowing end-to-end gradient-based optimization while maintaining realtime rendering capabilities. Through experiments on real-world datasets, we demonstrate comparable performance to state-of-the-art volumetric methods while requiring fewer primitives to achieve similar reconstruction fidelity. Our findings provide insights into the geometry of volumetric rendering and suggest that adopting explicit polyhedra can expand the design space of scene representations.
体积渲染已成为现代新型视图合成方法的核心，这些方法使用可微分渲染来直接从观察到的视角优化3D场景表示。虽然许多近期的工作基于NeRF或3D高斯分布，但我们探索了一种替代的体积场景表示。更具体地说，我们引入两种基于线性原始元素——八面体和四面体——的场景表示，这两者都通过三角形面定义均匀体积。这种表述方式与标准网格工具自然对齐，尽量减少下游应用中的开销。为了优化这些原始元素，我们提出了一种可微分光栅化器，它在GPU上运行效率高，可实现端到端的基于梯度的优化，同时保持实时渲染功能。通过在真实世界数据集上的实验，我们证明了与最新体积方法的性能相当，同时以更少的原始元素达到相似的重建保真度。我们的研究为体积渲染的几何结构提供了见解，并表明采用明确的多面体可以扩大场景表示的设计空间。
论文及项目相关链接
PDF Project page: https://nicolasvonluetzow.github.io/LinPrim ; Project video: https://youtu.be/P2yeHwmGaeM
Summary
本文探索了基于线性原始体积的新的场景表示方法，包括由八面体和四面体定义的均匀体积。为提高效率，提出可微分的栅格化技术，允许基于梯度的端到端优化，并保持实时渲染能力。实验表明，该方法性能与最新体积方法相当，使用较少的原始体积即可实现相似的重建保真度。
Key Takeaways
- 引入基于线性原始体积（八面体和四面体）的新型场景表示方法。
- 提出可微分的栅格化技术，提高优化效率。
- 方法与标准网格工具自然对齐，减少下游应用开销。
- 实时渲染能力与端对端梯度优化相结合。
- 实验表明，该方法性能与最新体积渲染方法相当。
- 使用较少的原始体积即可实现高重建保真度。
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