一、引言
数字孪生技术的核心在于构建高保真的虚拟镜像，而3D Gaussian Splatting (3DGS) 技术为此提供了一种全新的解决方案 。其独特的点云渲染方式，能够以更低的计算成本，实现更逼真、更流畅的三维场景重建效果。
Mapmost平台在此基础上，致力于进一步拓展3DGS的应用潜力，朝着支持更大规模场景、更快速度重建、更精细要素还原方向逐步迈进，力求为广大用户带来前所未有的高效、智能三维重建体验。在本专栏的系列文章中，我们将深入探讨这些突破是如何达成的，以及它们将怎样提升我们对于地理信息的应用与体验潜能。
二、什么是3DGS?
3DGS是一种利用人工智能技术进行三维场景重建和渲染的方法，它能够根据多视角图像训练生成高质量的高斯分布椭球点，以精确地表示复杂的三维场景。其训练时间比神经网络辐射场NeRF快了100倍，并且合成的新视图拥有照片级别的视觉重建质量。
媲美视频的高保真3DGS模型
3DGS模型的具体表现形式非常独特且直观。在渲染状态下，它能够生成与原始影像完全一致的超写真视觉效果。而在显式表达层面，3DGS模型的本质是一个个带有颜色、透明度以及方向性的椭球。这些椭球经过精细叠加和组合，勾勒出复杂场景的形状与外观。为了便于理解，可以将这些椭球的中心点视为离散的空间点集合，从而抽象为点云的形式。这种点云化的表达方式不仅简化了对3DGS模型的直观理解，还为后续的优化与处理提供了更大的灵活性和操作空间。
三、为什么选择3DGS？
下面，我们将详细介绍3DGS的技术特点，并探讨它与传统倾斜摄影相比的优势与不足。通过这一章节，您将深入了解3DGS在三维场景重建中的独特价值及其面临的挑战。
# 技术特点
在选择三维场景重建和渲染技术时，3D Gaussian Splatting (3DGS) 提供了多项显著的优势，具体而言包括：
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**高度真实的视觉体验：**使用大量3D高斯椭球描述场景的要素细节，保留高频纹理和复杂几何（如树叶、铁丝网），优于传统点云或网格的简化处理。
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**高实时交互与动态应用支持：**过GPU加速和高效排序及混合策略，可在高分辨率下达到60+ FPS的帧率，支持动态交互的应用场景（如VR/AR），为用户提供沉浸式的交互体验。
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**显著的性能优化：**3DGS有效地平衡了显存占用与渲染质量之间的关系， 这意味着即使是消费级显卡也能轻松应对复杂的三维场景重建任务，降低了硬件门槛。
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**高简化的光照与材质处理：**3DGS直接对颜色和光照进行建模，无需额外的材质或光照估计步骤，简化工作流的同时提升新视角合成的质量。
# 优势与不足（3DGS VS 倾斜摄影）
比较维度
3D Gaussian Splatting
倾斜摄影（传统航测）
效率
具备实时可视化预览能力，高效直观，支持分钟级快速建模
无法实时反馈建模过程，计算耗时，相同场景建模需小时级处理
细节保留
视觉质量接近实景照片，高频细节完整保留，建筑装饰、植被等精细结构还原率 >90%
视觉细节还原不足，建筑装饰、植被等精细结构保留率 <50%，存在破面与模糊现象，视觉真实感较弱
数据存储与传输
数据量小，节约存储空间和传输时间，同场景数据量仅为倾斜模型的10%。
数据量大，不利于高效传输与云端部署，相同场景下数据量是 3DGS 模型的 10 倍
动态场景支持
支持场景多时序变化模拟，连续动画式渲染三维实景的月度或年度变化。
难以体现场景多时序变化，图层式切换不同时间采集的模型数据。
尽管3DGS具有巨大的潜力和显著的技术优势，但在行业适配性方面仍面临一些挑战，特别是关键工具链的缺失，如航飞路线的规划、地理坐标对齐以及与地理信息系统的集成等。为了解决这些问题，Mapmost推出了一套从航线智能规划到3DGS全自动建模，再到Web端高性能渲染及应用开发的全链路自动化工具，旨在为用户提供一站式的解决方案，开启高效、精准的3DGS应用新时代。
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