如何在3D高斯飞溅的渲染的场景中获得一个可控的旋转物体

Question

在与一位研究生学长交流后，他建议我使用代码来控制渲染场景中物体的旋转。如果要使用代码控制场景中物体的旋转，我该从哪一部分入手修改高斯飞溅的源代码呢？我现在有点无从下手。

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

在对3D高斯飞溅渲染场景中的物体进行可控旋转时，您可以遵循以下步骤进行源代码的修改与实现。这里假设您已经具备了使用Python进行3D图形编程的基础，并且正在处理一个基于OpenGL、PyOpenGL、Pygame、VTK、PyQt等库构建的3D渲染项目。为了实现您的需求，重点关注以下几个关键环节：

1. 定位物体旋转相关的代码： 首先，您需要找到源代码中与物体旋转相关的部分。通常，这些代码会在以下位置：

   • 物体模型类的更新函数：负责根据旋转参数更新模型矩阵。
   • 场景渲染循环中：在每次绘制前应用旋转变换。

2. 理解旋转矩阵与欧拉角/四元数： 旋转可以通过旋转矩阵或欧拉角（或更高级的四元数）表示。确保您理解这些数学概念，并了解它们如何与图形API结合使用。

3. 引入旋转控制变量： 在合适的位置（如物体模型类或主程序中）添加旋转控制变量，如旋转角度（绕x、y、z轴）、旋转速度等。这些变量将用于动态调整物体旋转状态。

4. 实现旋转更新逻辑： 根据所选旋转表示方法（旋转矩阵或欧拉角），编写代码计算新的旋转状态，并将其应用于物体模型的变换矩阵。在每一帧渲染循环中，根据旋转控制变量更新旋转状态。

5. 用户输入处理（可选）： 如果需要通过用户交互（如键盘、鼠标）控制旋转，需捕获相关事件并映射到旋转控制变量上。

下面是一个基于上述步骤的简单示例，假设您使用的是类似OpenGL的API，并采用欧拉角表示旋转：

import pygame
from OpenGL.GL import *

class RotatableObject:
    def __init__(self):
        self.rotation = [0, 0, 0]  # 绕x、y、z轴的旋转角度（单位：度）

    def update(self, dt):
        # 模拟旋转速度，可根据需要调整或替换为用户输入处理
        self.rotation[0] += 1.0 * dt  # 绕x轴旋转
        self.rotation[1] += 0.5 * dt  # 绕y轴旋转
        self.rotation[2] += 0.7 * dt  # 绕z轴旋转

    def render(self):
        glPushMatrix()

        # 将旋转角度转换为弧度，并应用到模型矩阵
        glRotatef(self.rotation[0], 1.0, 0.0, 0.0)
        glRotatef(self.rotation[1], 0.0, 1.0, 0.0)
        glRotatef(self.rotation[2], 0.0, 0.0, 1.0)

        # 在此处绘制物体...

        glPopMatrix()

# 主程序
def main():
    pygame.init()
    display = (800, 600)
    pygame.display.set_mode(display, pygame.DOUBLEBUF | pygame.OPENGL)
    glEnable(GL_DEPTH_TEST)

    object_to_rotate = RotatableObject()

    clock = pygame.time.Clock()
    while True:
        for event in pygame.event.get():
            if event.type == pygame.QUIT:
                return

        # 计算时间间隔（单位：秒）
        dt = clock.tick(60) / 1000.0

        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
        glLoadIdentity()

        # 更新并渲染旋转物体
        object_to_rotate.update(dt)
        object_to_rotate.render()

        pygame.display.flip()

if __name__ == "__main__":
    main()

这段代码展示了如何在一个基本的Pygame+OpenGL环境中，使用欧拉角控制物体旋转。实际应用时，请根据您的项目结构和使用的图形库进行相应的调整。如果您使用的是其他表示旋转的方法（如四元数）或图形库（如VTK、PyQt等），旋转的实现细节会有所不同，但总体思路是相同的：定位并修改旋转相关代码，引入旋转控制变量，实现旋转更新逻辑，以及（如果需要）处理用户输入。

请注意，以上代码仅作为示例，未包含具体的物体绘制逻辑。在实际项目中，您需要根据具体的数据集和3D高斯飞溅算法进行相应的绘制操作。此外，对于“新视角合成、SLAM、姿态估计”等科研任务，可能还需要进一步整合传感器数据、优化算法实现等，这超出了本问题的范围。如果您在实现过程中遇到具体的技术难题，可以提供更详细的信息，以便获得针对性的帮助。