Генерация трёхмерных семантических сцен — одна из ключевых задач в области компьютерного зрения и графики, которая постепенно становится более востребованной с развитием виртуальной и дополненной реальности, а также автономных систем. Традиционные методики базируются на представлениях сцены в формате вокселей, что, несмотря на свою выразительность, имеет ряд серьёзных ограничений. В данной статье речь пойдёт о новейшем примитивном подходе, который изменяет парадигму создания 3D сцен, делая их более управляемыми, компактными и простыми для редактирования. Классические воксельные модели, хотя и дают полное представление о пространстве, крайне ресурсоёмки, поскольку требуют большого объёма памяти для точного описания объектов. Кроме того, фиксированное разрешение воксельных сеток создаёт проблемы при масштабировании и детализировании сцен, а редактирование отдельных элементов может оказаться трудоёмким и некорректным.
В связи с этим учёные и инженеры всё чаще обращаются к примитивам — базовым геометрическим фигурам, таким как кубы, сферы, цилиндры и т.п., которые могут точно и компактно описывать объекты в сцене. Примитивы представляют собой условно упрощённые 3D объекты, играющие роль строительных блоков для более сложных композиций. Такой подход особенно эффективен для семантического описания, поскольку каждый примитив можно напрямую связать с определённым объектом или сущностью в пространстве, что обеспечивает удобство управления и редактирования.
Примитивы легко масштабируются, трансформируются и объединяются без потери качества, что значительно ускоряет процесс создания и модификации сцен. Инновационной разработкой в данной области стал фреймворк PrITTI — система на основе латентного диффузионного моделирования, способная генерировать комплексные 3D сцены с учётом семантических характеристик. Данный метод базируется на гибридном представлении, которое сочетает растризованное описание поверхности земли и векторное кодирование объектов при помощи примитивов. Такой гибкий набор инструментов даёт возможность отдельно манипулировать наземным покрытием и объектами, что расширяет спектр применения и упрощает интеграцию с различными системами. Для решения проблемы ориентационных неоднозначностей в представлениях объектов PrITTI использует стабильную параметризацию на основе разложения Холецкого, которая объединяет параметры размера и ориентации в единую структуру.
Этот технический трюк позволяет избежать распространённых ошибок в интерпретации положения объектов и обеспечивает высокую точность при генерации и редактировании сцены. Эксперименты с использованием базы данных KITTI-360 продемонстрировали, что примитивный подход PrITTI превосходит традиционные воксельные методы как по качеству создаваемых сцен, так и по эффективности использования памяти, позволяя сократить нагрузку до трёх раз. Успешная верификация технологии на реальных данных открывает перспективы её масштабного внедрения в проектирование и симуляцию городских и природных ландшафтов. Одна из больших преимуществ примитивного подхода — это возможность манипуляции отдельными объектами на уровне экземпляров. Можно легко изменять положение, размер, ориентацию любого объекта без полного пересоздания сцены, что актуально для экспертных систем, игр, образовательных платформ и симуляций.
Кроме того, PrITTI поддерживает задачи дополнения сцены, такие как инпейтинг и аутпейтинг, которые позволяют восстанавливать или расширять 3D окружение, сохраняя ему реалистичный вид. Современные тренды в области 3D генерации направлены на повышение контролируемости и интерактивности рабочих процессов. В этом контексте использование примитивов выступает как универсальный инструмент для конструирования и управления содержания сцен, сочетая компактность данных и гибкость редактирования. Всё это делает разработку более доступной и продуктивной, а также улучшает качество конечных визуализаций. Среди примеров использования технологии можно отметить создание виртуальных городов для автономных автомобилей, где точное и быстрое редактирование объектов, таких как здания, автомобили и дорожно-инфраструктурные элементы, крайне важно для тренировки и тестирования систем.
Также можно выделить применение в игровой индустрии, где разработчики получают возможность строить детализированные игровые миры с возможностью динамического изменения окружения прямо во время игры. В целом, переход к примитивным представлениям меняет подходы к 3D сервисам. Он открывает возможности для более интуитивных, точных и экономичных моделей, которые пригодны не только для научных исследований, но и для коммерческих решений. В ближайшем будущем можно ожидать интеграции подобных методов в популярные графические движки и платформы моделирования, что значительно расширит влияние примитивного подхода. Исследования по улучшению параметризации и разработке новых примитивных форм продолжаются, а также ведётся работа по оптимизации алгоритмов диффузионного моделирования для генерации более сложных и реалистичных сцен.
Параллельно активно изучается влияние семантической структуризации на качество и применимость 3D моделей в различных отраслях. Таким образом, примитивный подход к генерации 3D семантических сцен демонстрирует большой потенциал для улучшения методов создания и использования 3D пространств. Технология PrITTI предлагает инновационный инструмент для исследователей и разработчиков, обеспечивая качественное, быстрое и удобное управление трехмерными сценами с высоким уровнем детализации и возможностями редактирования. Такое сочетание делает его важным шагом в развитии компьютерного зрения, графики и смежных сфер, открывая широчайшие горизонты для будущих инноваций.
