科技领域,既有用元宇宙开发布会的公司,也有 All in 元宇宙的公司,很多虚拟世界已经建立起来,人们面临的问题正在变成:真实世界中,人类创造了亿万种物品丰富着我们的生活,那么如何才能快速复制这些物品到全新的元宇宙世界中呢?
3D 内容对于元宇宙至关重要,很多科技公司正在推出用于构建虚拟世界的工具,随着计算机图形技术、元宇宙和 AI 之间的交集越来越多,这些技术也在不断升级。
最近,华为 HMS Core 3D 建模服务发布了人形角色自动建模和骨骼绑定的功能,引起了我们的注意。
看到一个可爱的手办,在想能不能拥有它的 3D 虚拟形象?只用手机围绕手办拍摄一圈,就能构建一个造型精准的 3D 模型并为其自动绑定骨骼。
在导入动作数据后,它不仅可以随你走动、向你招手,还可以完成跳舞等复杂动作。
在开放的 Demo App 中,我们只需要用普通手机摄像头围绕目标物体进行一通 360 度拍摄,清晰的 3D 模型即可生成。除了 Q 版的动漫手办以外,毛绒玩具或者机器人等人形角色也可以被扫描成模型并赋予骨骼。
那么它的能力到底如何呢?我们也实际操作了一把,我们用华为的技术给机器之心的毛绒玩偶构建了 3D 模型并绑定好骨骼。
只需使用视频中的同款动作数据驱动模型,就可以跳同款舞蹈啦:
如果四肢短小的玩偶都可以搞定的话,看起来绝大多数人形角色都是没问题的!
通过 AI 能力用 2D 照片生成 3D 模型,是人工智能学术会议中的一个热门领域,刚刚过去的国际顶会 CVPR 上就有数十篇这个方向的论文。通过对物体的不同角度进行拍摄,将 2D 图像转换为三角网格模型,生成的 3D 模型可供建筑师、设计师、艺术家和游戏开发者导入图形引擎,并可以在此基础上修改比例、更改材料或尝试不同的照明效果。而如今,前沿技术的一部分已经成为了手机上的应用,不禁让人感叹科技发展的速度。
快速构建 3D 模型的能力来自华为终端云服务开放能力合集 HMS Core,其拥有 3D 建模、3D 引擎、AR Engine 等多个图形领域的开放服务。其中,3D 建模服务可以给我们带来很多想象空间,可以用在商品展示、教学、虚拟人物,甚至动画制作上。
华为 HMS Core 3D 建模服务,不需要用 TOF、深度摄像头或 LiDAR 激光雷达等特殊硬件,只需要一个普通手机的 RGB 摄像头即可完成建模。
这个过程在使用者看来是「一键生成」的,背后经历的却是一系列复杂的处理过程。
高精度的几何重建需要先进行物体分割,将目标物与背景分离,并进行图像匹配、特征提取和深度估计,AI 算法通过分析不同角度的图像来判断位置关系,生成点云构建 3D 模型,再计算出纹理材质对模型表面进行贴图。
在这个过程中,华为利用自研的高低模技术,通过计算剔除冗余的面片,可以用更低的面片数(5 万以下)达成高面片数(10 万及以上)模型的效果,在中低端手机上也能实现精细的视觉效果。
为了让模型动起来,我们还需要对模型进行「骨骼绑定」:
传统流程中,骨骼绑定也需要动画师手工来完成,HMS Core 的能力大幅提升了动画制作的效率:通过自动的骨骼绑定和蒙皮权重估计,HMS Core 可以让你刚刚扫描出来的 3D 模型在导入动作数据后活动起来。
值得一提的是,在这个领域,此前少数实现自动关节估计的方法都需要目标模型摆好标准姿态。华为利用 AI 算法减少了人为规则的需求,可以支持非对称的多种姿态。
面对模型的各种姿态,AI 算法需要大量数据进行训练,但在 3D 模型重建任务上,业内其实并没有这样的数据集。
对此,华为自研了一套 3D 人形角色自动生成框架,可以基于千百个模型数据,生成数十万甚至是上百万的角色模型和骨骼。通过数据增强,HMS Core 支持了非对称姿态、不同体型和类别的人形角色的自动骨骼绑定。
最后,若想将构建好的 3D 模型呈现在真实的世界中,实现真人与 3D 虚拟物体交互的效果,还需要准确高效的 AR 能力。
华为 HMS Core 的 AR Engine 通过整合算法实现了厘米级的精准定位,开发者可以通过这些能力让虚拟世界与现实世界自然地融合在一起。
例如,AR Engine 提供了光照估计和环境 Mesh 能力,使得 3D 虚拟形象的影子会随着灯光变化,并可被现实世界中的物体挡住,带来更自然的视觉交互体验。
随着业界虚实融合步伐加快,华为 HMS Core 全面开放图形领域的相关能力,助力开发者高效构建虚实融合的数字世界。
图片来自 2022 年 7 月 HUAWEI Developer Day(简称 HDD)杭州站主论坛现场
开发者可以通过直接调用软件接口获得华为图形领域的核心能力,节省大量时间和精力,高效完成应用开发。
相信有了这种能力的加持,或许下一个爆款的 App 已在路上,元宇宙时代也将加速到来。
想知道更多AR手办跳舞背后的技术解读吗?快点击阅读原文观看完整视频。
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