CAT4D – 谷歌和哥伦比亚大学等高校推出的单目视频创建4D场景方法-爱论文

CAT4D是什么

CAT4D是Google DeepMind、哥伦比亚大学和加州大学圣地亚哥分校共同推出的，能从单目视频创建4D场景（动态3D）表示。CAT4D基于多视图视频扩散模型，能在任意指定的相机姿态和时间点合成新视图，并将单目视频转换为多视图视频，实现稳健的4D重建。CAT4D能从真实视频中生成4D场景，从生成的视频中创建4D内容，为电影制作、游戏开发、虚拟现实等领域带来创新应用的可能。

CAT4D的主要功能

4D场景创建：从单目视频（无论是真实拍摄还是计算机生成）创建出4D（动态3D）场景。多视图视频生成：给定一个单目视频输入，生成在新视点的多视图视频。动态3D场景重建：用生成的多视图视频，重建出动态变化的3D场景，这些场景能表示为随时间变形的3D高斯模型。分离相机和时间控制：CAT4D的核心是一个多视图视频扩散模型，能分离相机视点控制和场景动态控制，支持用户独立操作相机视角和场景中的时间变化。实时渲染：基于交互式查看器，支持用户在浏览器中实时渲染4D场景，提供一种直观的体验方式。

CAT4D的技术原理

多视图视频扩散模型：基于多视图视频扩散模型，模型接受一组输入视图（包括图像、相机参数和时间信息），并生成在指定视点和时间的目标帧。数据集训练：由于动态场景的多视图训练数据稀缺，CAT4D的训练涉及真实和合成数据源的混合，包括静态场景的多视图图像、固定视点视频、合成4D数据等。新视角合成：模型根据输入的单目视频，在新的时间点和视点合成场景的外观，实现从单目输入到多视图输出的转换。优化可变形3D高斯表示：生成的多视图视频用在基于优化一个可变形的3D高斯表示重建动态3D模型，这种表示方法能捕捉场景的动态变化。分离控制：CAT4D能独立控制相机运动和场景动态，使从给定的输入图像生成不同时间和视点的输出序列成为可能。交替采样策略：为生成足够一致的多视图视频进行准确的4D重建，CAT4D基于一种交替采样策略，该策略在多视图采样和时间采样之间交替进行，确保视频在时间和视点上的一致性。

CAT4D的项目地址

项目官网：cat-4d.github.ioarXiv技术论文：https://arxiv.org/pdf/2411.18613

CAT4D的应用场景

电影和视频制作：在电影和视频制作中，基于从现有的2D视频创建3D场景，增加视觉特效，或生成新的视角和场景动态。游戏开发：在游戏开发中，生成更加真实和动态的游戏环境，提供更加丰富的玩家体验。虚拟现实（VR）和增强现实（AR）：创建逼真的3D环境和对象，用在虚拟现实和增强现实应用，提升用户的沉浸感。3D建模和设计：设计师从现有的视频资料中提取和重建3D模型，加速产品设计和原型制作。教育和培训：在教育领域，创建历史事件或科学现象的动态3D重现，提供更加直观的学习体验。