Il 4D Gaussian Splatting - Intro Gaussian Splatting in V-Ray 7

Negli ultimi anni, la ricerca sulla visualizzazione volumetrica 3D/4D ha compiuto passi da gigante, e un protagonista di questa rivoluzione è il giovane ricercatore cinese Jiaming Sun, fondatore della startup 4DV.ai. La sua missione è chiara: "inventare la prossima generazione di media visivi – interattivi, volumetrici e veramente fotorealistici".

Immagina video che non si limitano a essere riprodotti su uno schermo bidimensionale, ma che puoi esplorare liberamente nello spazio e nel tempo, come veri e propri ologrammi interattivi. Questa è la visione di 4DV.ai, resa possibile da una tecnica innovativa chiamata 4D Gaussian Splatting.

Il termine potrebbe sembrare complesso, ma il concetto è intuitivo: invece di rappresentare una scena 3D con i tradizionali poligoni, la si costruisce con un insieme denso di "punti volumetrici sfumati", le cosiddette Gaussiane. Ogni Gaussiana è come una piccola nuvola tridimensionale con colore e trasparenza variabili, che, opportunamente distribuite, possono riprodurre qualsiasi scena reale in modo fotorealistico, senza bisogno di superfici poligonali esplicite.

Il processo inizia con fotografie o video ripresi da diverse angolazioni. Algoritmi di computer vision ricostruiscono una nuvola di punti iniziale. A ciascun punto viene poi associata una "splat" Gaussiana, definita dalla sua posizione (XYZ), dimensioni, colore (RGB) e trasparenza (α).

Nel 4D Gaussian Splatting, a questi parametri spaziali si aggiunge una dimensione temporale. Questo significa che le Gaussiane possono variare nel tempo o apparire solo in certi istanti, permettendo così di rappresentare scene dinamiche (in movimento) all'interno di un unico modello volumetrico 4D.

Rendering Volumetrici e Rendering View-Dependent

Come si trasforma questa "nuvola" di Gaussiane in un'immagine? Il rendering avviene tramite "splatting": ogni Gaussiana viene proiettata sul piano dell'immagine della camera virtuale e i contributi di tutte le Gaussiane visibili vengono fusi. In pratica, per ogni pixel, il sistema accumula il colore di tutte le Gaussiane lungo il raggio visivo, tenendo conto della trasparenza e della profondità.

La differenza cruciale rispetto a tecniche precedenti come i NeRF (Neural Radiance Fields) è l'efficienza. Mentre i NeRF campionano decine di punti lungo ogni raggio e li passano a una rete neurale "pesante", il Gaussian Splatting lavora direttamente sui punti espliciti. Proietta le Gaussiane una sola volta e combina i loro contributi in modo ordinato (dal più vicino al più lontano) con un algoritmo di rasterizzazione estremamente efficiente. Questo si traduce in una generazione di frame molto più leggera computazionalmente, tale da poter avvicinare o addirittura raggiungere il tempo reale, un vantaggio enorme.

Un altro aspetto fondamentale è la gestione dei riflessi, luci e altri effetti dipendenti dal punto di vista (view-dependent). Mentre nei NeRF originali questi effetti venivano appresi dalla rete neurale, nel Gaussian Splatting si ottiene un risultato simile assegnando a ogni Gaussiana coefficienti aggiuntivi che modulano il colore in base all'angolo di osservazione (spesso tramite armoniche sferiche). Questo permette di riprodurre fedelmente bagliori, riflessi e cambi di illuminazione mentre l'utente si muove nella scena. Sun e il suo team hanno persino ideato un modello di "appearance" compatto che mescola Gaussiane diffuse e view-dependent per garantire alta qualità visiva riducendo la quantità di dati.

In sintesi, il 4D Gaussian Splatting di 4DV.ai rappresenta un vero e proprio salto di qualità, promettendo un futuro in cui i media visivi saranno non solo fotorealistici, ma anche completamente interattivi e volumetrici, aprendo nuove frontiere per l'esperienza immersiva.

L'Integrazione del Gaussian Splatting in V-Ray 7

Chaos Group, l'azienda dietro V-Ray, è stata tra le prime a integrare il Gaussian Splatting in un software di rendering professionale con capacità di ray tracing. Questo significa che ora gli utenti di V-Ray possono:

1. Importare Dati Gaussian Splatting: V-Ray 7 supporta l'importazione di file Gaussian Splatting, tipicamente in formato .ply. Questi file vengono generati da tecniche di fotogrammetria che catturano scene reali da foto o video scattati da diverse angolazioni. Strumenti come Postshot possono essere usati per processare le riprese e generare questi dati.

2. Rendering Fotorealistico: Una volta importati, i Gaussian Splats possono essere renderizzati direttamente in V-Ray con le sue potenti capacità di ray tracing. Questo permette di ottenere immagini fotorealistiche con illuminazione accurata, ombre precise e riflessi realistici, integrando perfettamente gli splats con gli oggetti 3D tradizionali (modelli poligonali, materiali V-Ray, ecc.).

3. Integrazione con Scene 3D: Il vantaggio più grande è la capacità di "contestualizzare" modelli 3D all'interno di ambienti reali catturati tramite Gaussian Splatting. Ad esempio, un architetto può modellare un edificio in 3ds Max o SketchUp e poi inserirlo in una scena reale catturata con Gaussian Splatting per visualizzare come apparirebbe nel suo ambiente circostante, con illuminazione e riflessi fedeli alla realtà.

4. Efficienza e Velocità: Come già detto per il 4D Gaussian Splatting, il 3D Gaussian Splatting è estremamente efficiente. Rappresenta la scena come un insieme di "splats" sferici con proprietà di colore e trasparenza, permettendo un rendering molto più veloce rispetto ad altri metodi volumetrici o basati su mesh molto dense. Questo è particolarmente utile per la creazione di sfondi dettagliati o ambienti complessi senza un impatto significativo sulle prestazioni di rendering.

   
   

Vantaggi Specifici in V-Ray

• Blending Seamless: V-Ray è in grado di fondere in modo "seamless" gli oggetti 3D generati al computer con gli ambienti reali catturati, mantenendo coerenza di luce e ombre. Questo è fondamentale per l'archviz (visualizzazione architettonica), il design di prodotto e gli effetti visivi.

• Gestione dell'Illuminazione e delle Ombre: V-Ray, noto per la sua accuratezza fisica, applica l'illuminazione globale e le ombre in modo realistico agli splats, facendo sì che interagiscano correttamente con gli altri elementi della scena. Ad esempio, è possibile generare "contact shadows" per oggetti inseriti in una scena di splat per renderli più radicati nell'ambiente.

• Workflow Ottimizzato: L'integrazione nativa in V-Ray semplifica notevolmente il workflow. Non è più necessario passare attraverso molteplici software o conversioni complesse per utilizzare i dati di Gaussian Splatting. Questo accelera la produzione e permette agli artisti di concentrarsi sulla creatività.

• Ampie Applicazioni: Oltre all'archviz, questa funzionalità trova applicazione in settori come il gaming, la realtà virtuale (VR), la produzione cinematografica e televisiva (VFX), dove la creazione rapida di ambienti realistici è cruciale.

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Limitazioni al 15/06/2025

È importante notare che, al momento, alcune funzionalità potrebbero essere ancora in fase di sviluppo o non completamente ottimizzate:

• Supporto GPU: Anche se V-Ray è un motore di rendering sia CPU che GPU, il supporto completo per il Gaussian Splatting su V-Ray GPU potrebbe essere ancora in evoluzione.

• Controllo dei Dettagli: Sebbene sia possibile regolare parametri come la scala, il colore e l'intensità degli splats, il controllo sulla modifica fine dei dati volumetrici potrebbe essere meno granulare rispetto alla modellazione poligonale tradizionale.

(https://docs.chaos.com/display/VMAX/VRayGaussiansGeom)

Ora è il momento di testarne le reali capacità!!

10/06/2025 FMR