Real-time SLAM with dense 3D mapping is computationally challenging, especially on resource-limited devices. The recent development of 3D Gaussian Splatting (3DGS) offers a promising approach for real-time dense 3D reconstruction. However, existing 3DGS-based SLAM systems struggle to balance hardware simplicity, speed, and map quality. Most systems excel in one or two of the aforementioned aspects but rarely achieve all. A key issue is the difficulty of initializing 3D Gaussians while concurrently conducting SLAM. To address these challenges, we present Monocular GSO (MGSO), a novel real-time SLAM system that integrates photometric SLAM with 3DGS. Photometric SLAM provides dense structured point clouds for 3DGS initialization, accelerating optimization and producing more efficient maps with fewer Gaussians. As a result, experiments show that our system generates reconstructions with a balance of quality, memory efficiency, and speed that outperforms the state-of-the-art. Furthermore, our system achieves all results using RGB inputs. We evaluate the Replica, TUM-RGBD, and EuRoC datasets against current live dense reconstruction systems. Not only do we surpass contemporary systems, but experiments also show that we maintain our performance on laptop hardware, making it a practical solution for robotics, A/R, and other real-time applications.


翻译:实现具备稠密三维建图的实时SLAM在计算上具有挑战性,尤其在资源受限的设备上。三维高斯泼溅(3DGS)的最新发展为实时稠密三维重建提供了一种前景广阔的方法。然而,现有基于3DGS的SLAM系统难以在硬件简易性、速度与地图质量之间取得平衡。多数系统仅在其中一两个方面表现优异,鲜有能全面兼顾者。关键问题在于难以在同步进行SLAM的同时初始化三维高斯分布。为应对这些挑战,我们提出单目GSO(MGSO)——一种将光度SLAM与3DGS相融合的新型实时SLAM系统。光度SLAM为3DGS初始化提供稠密结构化点云,从而加速优化过程,并以更少的高斯分布生成更高效的地图。实验结果表明,本系统在重建质量、内存效率与速度三者间取得的平衡性能优于当前最优技术。此外,系统仅需RGB输入即可实现所有结果。我们在Replica、TUM-RGBD和EuRoC数据集上对比了当前主流实时稠密重建系统。实验不仅证明本系统性能超越同期系统,更验证了其在笔记本电脑硬件上仍能保持优异表现,从而为机器人、增强现实及其他实时应用提供了实用化解决方案。

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