PhysGen3D – 清华等高校联合推出的单图创建交互式 3D 场景-爱论文

PhysGen3D是什么

PhysGen3D 是创新的框架，能将单张图像转换为交互式的 3D 场景，生成具有物理真实感的视频。结合了基于图像的几何和语义理解以及基于物理的模拟，通过从单张图像中推断物体的 3D 形状、姿态、物理和光照属性，创建出以图像为中心的数字孪生。再基于物质点方法（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

从单张图像创建交互式 3D 场景：PhysGen3D 能将单张图像转换为可交互的 3D 场景，用户可以在这个场景中模拟不同的物理行为。精确控制物体的初始条件：用户可以指定物体的速度、材质属性等初始条件，从而对生成视频的结果进行精细控制。生成具有物理真实感的视频：通过结合基于图像的几何和语义理解以及基于物理的模拟，PhysGen3D 可以生成在动态和光照方面视觉逼真且物理上合理的视频。密集 3D 跟踪：可以对场景中的物体进行精确的 3D 跟踪。视频编辑：能够在不同场景之间交换物体，或者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。

PhysGen3D的技术原理

3D 场景重建：PhysGen3D 从单张图像出发，通过先进的基于图像的几何和语义理解技术，推断出物体的 3D 形状、姿态、物理和光照属性，同时重建背景的几何和外观。基于多种预训练的视觉模型，将它们的输出整合起来，创建出以图像为中心的数字孪生。物理模拟：在物理模拟方面，PhysGen3D 采用了物质点方法（MPM），是一种基于点 – 体素的框架，用于模拟图像中物体的反事实物理行为。通过精确推断物体的物理属性，PhysGen3D 能在模拟环境中实现高度的真实感和稳定性。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。基于物理的渲染：完成动态模拟后，PhysGen3D 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 进行基于物理的渲染。为了避免将整个静态背景转换到渲染管线中，PhysGen3D 构建了一个 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。

PhysGen3D的项目地址

项目官网：https://by-luckk.github.io/PhysGen3D/Github仓库：https://github.com/by-luckk/PhysGen3DarXiv技术论文：https://arxiv.org/pdf/2503.20746

PhysGen3D的应用场景

影视制作与特效：PhysGen3D 可以用于影视制作中的特效生成，帮助创作者快速构建具有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：PhysGen3D 可以用于教育领域，帮助学生更好地理解物理概念。游戏开发：PhysGen3D 为游戏开发提供了新的可能性。开发者可以从单张图像生成具有物理真实感的动态场景的能力，快速构建游戏中的关卡和场景。广告与营销：在广告和营销领域，PhysGen3D 可以用于生成吸引人的动态广告内容。从产品照片生成动态视频，展示产品的使用场景和物理特性，吸引消费者的注意力。