Gaussian Splatting: co to jest i jak działa

Gaussian Splatting (w skrócie 3DGS) to metoda odtwarzania realnej przestrzeni w trójwymiarze, w której scena składa się z milionów małych, półprzezroczystych elips zwanych gaussianami. Każda ma swoje położenie, rozmiar, obrót, przezroczystość i kolor, który zmienia się zależnie od kierunku patrzenia. Złożone razem dają obraz tak bliski fotografii, że można po nim chodzić jak po prawdziwym wnętrzu.

W praktyce oznacza to, że mieszkanie, biuro albo plac budowy można zeskanować raz, a potem oglądać w przeglądarce z dowolnego miejsca, bez skakania między gotowymi zdjęciami.

Gaussian Splatting w jednym akapicie

Wyobraź sobie wnętrze zbudowane nie z płaskich ścian i tekstur, ale z miliona maleńkich, miękkich plamek światła. Z daleka zlewają się w obraz pokoju, z bliska widać, że każda niesie informację o kolorze i kształcie. Komputer rysuje je na ekranie tak szybko, że możesz swobodnie obracać kamerą i chodzić po scenie. Tak działa Gaussian Splatting: nie buduje sztywnego modelu z trójkątów, tylko odtwarza sam wygląd przestrzeni.

Skąd się wziął Gaussian Splatting

Metodę opisał w 2023 roku zespół Bernharda Kerbla, Georgiosa Kopanasa, Thomasa Leimkühlera i George’a Drettakisa z francuskiego instytutu Inria w pracy „3D Gaussian Splatting for Real-Time Radiance Field Rendering”, zaprezentowanej na konferencji SIGGRAPH. Poprzednikiem były pola radiancji, przede wszystkim NeRF, opisany w 2020 roku. NeRF potrafił odtworzyć scenę z zdjęć z imponującą jakością, ale renderowanie było wolne, bo każdy piksel wymagał zapytania do sieci neuronowej.

Przełom polegał na tym, że scenę zapisano jako zbiór jawnych elips, które karta graficzna umie rysować bardzo szybko. Jakość pozostała wysoka, a obraz zaczął pojawiać się w czasie rzeczywistym. Od tego momentu metoda szybko trafiła do narzędzi komercyjnych, przeglądarek i aplikacji na telefony.

Jak działa Gaussian Splatting krok po kroku

Uproszczony przebieg wygląda tak:

1. Zebranie danych. Fotografuje się albo nagrywa przestrzeń z wielu miejsc i pod wieloma kątami. Niektóre urządzenia, także te, których używamy, dodają do obrazu pomiar LiDAR, czyli odległości mierzone laserem.
2. Ustalenie pozycji kamer. Oprogramowanie oblicza, skąd wykonano każde ujęcie, i buduje rzadką chmurę punktów, czyli szkielet sceny.
3. Utworzenie gaussianów. Z tych punktów powstają pierwsze elipsy.
4. Optymalizacja. Program wielokrotnie rysuje scenę z pozycji prawdziwych kamer i porównuje wynik ze zdjęciami. Różnicę zamienia na poprawki: elipsy zmieniają położenie, rozmiar, kolor i przezroczystość, a tam, gdzie brakuje detali, pojawiają się nowe.
5. Renderowanie. Gotową scenę karta graficzna rysuje, sortując elipsy według odległości od kamery i mieszając je ze sobą. To właśnie „splatting”, czyli rozmazywanie punktów w miękkie plamy.

Cały proces jest automatyczny, ale jakość skanu zależy od jakości danych wejściowych: równomiernego oświetlenia, braku poruszonych ujęć i pokrycia każdego zakamarka.

Czym jest pojedynczy „gaussian”

Gaussian to matematyczna elipsa w trzech wymiarach, miękka na brzegach, bez ostrej krawędzi. Każdy niesie pięć informacji:

• położenie w przestrzeni,
• rozmiar wzdłuż trzech osi,
• orientację, czyli w którą stronę jest obrócony,
• przezroczystość, od prawie niewidocznej po pełną,
• kolor zależny od kierunku patrzenia, dzięki czemu widać refleksy i błyski, które zmieniają się, gdy przesuwasz kamerę.

Ta ostatnia cecha jest kluczowa dla realizmu. Szyba, lakierowany blat czy metalowa armatura wyglądają inaczej z różnych miejsc i Gaussian Splatting to zachowuje.

Czym Gaussian Splatting różni się od spaceru 360

Spacer 360 to zestaw zdjęć panoramicznych wykonanych w wybranych punktach. Użytkownik obraca widok w danym punkcie, a potem „teleportuje się” do następnego. Między punktami nie ma obrazu, więc nie da się stanąć w innym miejscu ani spojrzeć na pokój pod nietypowym kątem.

Cecha	Spacer 360	Gaussian Splatting
Poruszanie się	skoki między punktami	płynny ruch po całej przestrzeni
Punkt widzenia	tylko te, w których zrobiono zdjęcia	dowolny
Odbicia i przezroczystość	zapisane na stałe w zdjęciu	zmieniają się z kątem patrzenia
Wrażenie przestrzeni	seria obrazów	ciągłe wnętrze
Praca w przeglądarce	tak	tak, po odpowiedniej optymalizacji

Dlatego spacer w Gaussian Splatting daje to, czego brakuje spacerom 360: poczucie, że stoi się w pomieszczeniu, a nie klika przez jego zdjęcia. O naszej wersji tego podejścia piszemy na stronie Jak powstaje spacer 3D.

Czym różni się od siatki 3D i fotogrametrii

Klasyczny skan 3D zapisuje przestrzeń jako siatkę trójkątów pokrytą teksturą. Zaletą jest dokładna geometria, którą da się wymierzyć i wyeksportować do programów CAD. Wadą bywa „plastikowy” wygląd: szkło, połysk i cienkie elementy, takie jak przewody czy liście, często wychodzą źle.

Gaussian Splatting odwraca priorytety. Nie gwarantuje dokładnych wymiarów, ale znacznie lepiej oddaje wygląd: światło, materiały, drobne detale. Dla prezentacji nieruchomości, w której liczy się wrażenie, to zwykle lepszy wybór. Dla inwentaryzacji i pomiarów wciąż lepsze są metody oparte na geometrii.

Zalety i ograniczenia

Zalety:

• fotorealizm, w tym odbicia, przezroczystość szkła i faktury materiałów,
• płynny ruch zamiast skoków między punktami,
• oglądanie w przeglądarce na telefonie i komputerze,
• szybki czas realizacji, od skanowania do gotowego linku,
• jeden skan służy do wielu celów: spaceru, nagrań z trasy, materiałów promocyjnych.

Ograniczenia, o których warto wiedzieć:

• Wygląd, nie pomiar. Scena nie jest dokładnym modelem geometrycznym. Nie zastępuje geodezji ani inwentaryzacji.
• Wymagające powierzchnie. Lustra i silnie odbijające powierzchnie są trudne dla każdej metody skanowania i mogą dawać artefakty.
• Artefakty. Na obrzeżach zebranych danych, tam gdzie brakuje ujęć, mogą pojawiać się rozmyte „pływające” plamki.
• Rozmiar plików. Surowa scena potrafi ważyć setki megabajtów, dlatego do przeglądarki potrzebna jest kompresja i stopniowe wczytywanie.
• Elementy ruchome. Ludzie i zwierzęta, którzy poruszają się podczas skanowania, mogą zostawić rozmyte ślady.

Gdzie Gaussian Splatting się sprawdza

Najczęstsze zastosowania to sprzedaż i wynajem nieruchomości, prezentacje inwestycji deweloperskich, dokumentowanie postępu prac na budowie, biura i lokale usługowe, hotele oraz obiekty kultury. Wszędzie tam, gdzie klient chce zobaczyć przestrzeń przed wizytą, skan oszczędza czas obu stron. Przegląd branż znajdziesz na stronie Zastosowania skanów 3D.

Jak ogląda się Gaussian Splatting w przeglądarce

Scena w Gaussian Splatting składa się z milionów elips, więc jej przesłanie w całości byłoby ciężkie, zwłaszcza na telefonie. Dlatego przeglądarkowe odtwarzacze stosują dwie sztuczki. Pierwsza to poziomy szczegółowości (LOD): najpierw ładuje się uproszczona wersja, a dopiero potem detale, więc obraz nabiera ostrości w trakcie wczytywania. Druga to kompresja i podział sceny na kawałki, które pobierają się w miarę potrzeby.

Efekt możesz sprawdzić powyżej: to uproszczony podgląd jednego z naszych skanów. Naciśnij przycisk, a silnik i dane sceny pobiorą się na żądanie.

Jak to wygląda u nas

Skanujemy kamerą XGRIDS PortalCam, która łączy LiDAR z kamerami. Mieszkanie skanujemy w około 30 minut. Przetwarzanie zajmuje zwykle do 24 godzin i w większości przypadków skan można obejrzeć już w pierwszej dobie. To nie jest gwarancja, a maksymalny czas to 5 dni. Efektem jest link do spaceru, który otwiera się w przeglądarce, panel klienta ze statystykami, a na prośbę także pełne pliki skanu do własnego wykorzystania.

Zakres i szczegóły opisujemy na stronie Oferta. Jeśli masz nieruchomość do zeskanowania, opisz ją w krótkiej wiadomości, a odpowiemy z wyceną i terminem.