CAT4D是一款由Google DeepMind、哥倫比亞大學(xué)和加州大學(xué)圣地亞哥分校聯(lián)合開發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，能夠從單目視頻中生成動(dòng)態(tài)的4D場(chǎng)景表示。通過利用多視圖視頻擴(kuò)散模型，CAT4D可以在特定的相機(jī)角度和時(shí)間點(diǎn)生成新視圖，將單目視頻轉(zhuǎn)化為多視圖視頻，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的4D重建。這項(xiàng)技術(shù)為電影制作、游戲開發(fā)和虛擬現(xiàn)實(shí)等多個(gè)領(lǐng)域帶來了全新的應(yīng)用前景。

CAT4D是什么

CAT4D是由Google DeepMind、哥倫比亞大學(xué)與加州大學(xué)圣地亞哥分校共同推出的創(chuàng)新產(chǎn)品，它能夠?qū)文恳曨l（無(wú)論是實(shí)際拍攝還是計(jì)算機(jī)生成）轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的4D場(chǎng)景表示。CAT4D基于多視圖視頻擴(kuò)散模型，能夠根據(jù)用戶指定的相機(jī)姿態(tài)和時(shí)間點(diǎn)合成新視圖，并將單目視頻轉(zhuǎn)換為多視圖視頻，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的4D重建。這一技術(shù)不僅能從真實(shí)視頻中生成4D場(chǎng)景，還能為電影、游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域帶來創(chuàng)新的可能性。

CAT4D的主要功能

• 4D場(chǎng)景創(chuàng)建：能夠從單目視頻生成動(dòng)態(tài)的4D場(chǎng)景，涵蓋真實(shí)和計(jì)算機(jī)生成的視頻。
• 多視圖視頻生成：根據(jù)單目視頻輸入，生成在新視點(diǎn)下的多視圖視頻。
• 動(dòng)態(tài)3D場(chǎng)景重建：利用生成的多視圖視頻，重建隨時(shí)間變化的3D場(chǎng)景，表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)變形的3D高斯模型。
• 控制相機(jī)與時(shí)間：CAT4D的核心是一個(gè)多視圖視頻擴(kuò)散模型，支持用戶控制相機(jī)視角和場(chǎng)景動(dòng)態(tài)。
• 實(shí)時(shí)渲染：通過交互式查看器，用戶可以在瀏覽器中實(shí)時(shí)渲染4D場(chǎng)景，獲得直觀的體驗(yàn)。

CAT4D的技術(shù)原理

• 多視圖視頻擴(kuò)散模型：該模型接受一組輸入視圖（包括圖像、相機(jī)參數(shù)及時(shí)間信息），并生成在指定視點(diǎn)和時(shí)間的目標(biāo)幀。
• 數(shù)據(jù)集訓(xùn)練：由于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的多視圖訓(xùn)練數(shù)據(jù)稀缺，CAT4D的訓(xùn)練結(jié)合了真實(shí)和合成數(shù)據(jù)源，包括靜態(tài)場(chǎng)景的多視圖圖像和合成4D數(shù)據(jù)等。
• 新視角合成：模型利用單目視頻，在新的時(shí)間點(diǎn)和視角合成場(chǎng)景的外觀，實(shí)現(xiàn)從單目輸入到多視圖輸出的轉(zhuǎn)換。
• 優(yōu)化可變形3D高斯表示：生成的多視圖視頻通過優(yōu)化可變形的3D高斯模型重建動(dòng)態(tài)3D模型，以捕捉場(chǎng)景的變化。
• 分離控制：CAT4D可控制相機(jī)移動(dòng)和場(chǎng)景動(dòng)態(tài)，使得從輸入圖像生成不同時(shí)間和視點(diǎn)的輸出序列成為可能。
• 交替采樣策略：為了確保在時(shí)間和視點(diǎn)上的一致性，CAT4D采用交替采樣策略，在多視圖采樣和時(shí)間采樣之間進(jìn)行切換。

CAT4D的項(xiàng)目地址

• 項(xiàng)目官網(wǎng)：cat-4d.github.io
• arXiv技術(shù)論文：https://arxiv.org/pdf/2411.18613

CAT4D的應(yīng)用場(chǎng)景

• 電影和視頻制作：在電影制作中，通過現(xiàn)有2D視頻創(chuàng)建3D場(chǎng)景，增加視覺特效或生成新視角和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。
• 游戲開發(fā)：在游戲開發(fā)中，生成更加真實(shí)和動(dòng)態(tài)的游戲環(huán)境，提升玩家體驗(yàn)。
• 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）：為虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用創(chuàng)建生動(dòng)的3D環(huán)境和物體，提高用戶的沉浸感。
• 3D建模與設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)師可以從現(xiàn)有視頻資料中提取并重建3D模型，加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)與原型制作。
• 教育與培訓(xùn)：在教育領(lǐng)域，創(chuàng)建歷史或科學(xué)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)3D重現(xiàn)，提供更加直觀的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

常見問題

• CAT4D的使用是否需要專業(yè)知識(shí)？：CAT4D設(shè)計(jì)為易于使用，用戶無(wú)需具備專業(yè)知識(shí)即可操作。
• 生成的4D場(chǎng)景可以用于哪些平臺(tái)？：生成的4D場(chǎng)景適用于多種平臺(tái)，包括游戲引擎、VR/AR設(shè)備和視頻制作軟件。
• CAT4D支持哪些類型的視頻輸入？：CAT4D支持真實(shí)拍攝的視頻和計(jì)算機(jī)生成的視頻輸入。