AI技術(shù)讓手辦「整活」：3D建模居然可以這樣簡(jiǎn)單

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科技領(lǐng)域，既有用元宇宙開(kāi)發(fā)布會(huì)的公司，也有All in元宇宙的公司，很多虛擬世界已經(jīng)建立起來(lái)，人們面臨的問(wèn)題正在變成：真實(shí)世界中，人類(lèi)創(chuàng)造了億萬(wàn)種物品豐富著我們的生活，那么如何才能快速?gòu)?fù)制這些物品到全新的元宇宙世界中呢?

3D內(nèi)容對(duì)于元宇宙至關(guān)重要，很多科技公司正在推出用于構(gòu)建虛擬世界的工具，隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、元宇宙和AI之間的交集越來(lái)越多，這些技術(shù)也在不斷升級(jí)。

最近，華為HMS Core 3D建模服務(wù)發(fā)布了人形角色自動(dòng)建模和骨骼綁定的功能，引起了我們的注意。

看到一個(gè)可愛(ài)的手辦，在想能不能擁有它的3D虛擬形象?只用手機(jī)圍繞手辦拍攝一圈，就能構(gòu)建一個(gè)造型精準(zhǔn)的3D模型并為其自動(dòng)綁定骨骼。

在導(dǎo)入動(dòng)作數(shù)據(jù)后，它不僅可以隨你走動(dòng)、向你招手，還可以完成跳舞等復(fù)雜動(dòng)作。

在開(kāi)放的Demo App中，我們只需要用普通手機(jī)攝像頭圍繞目標(biāo)物體進(jìn)行一通360度拍攝，清晰的3D模型即可生成。除了Q版的動(dòng)漫手辦以外，毛絨玩具或者機(jī)器人等人形角色也可以被掃描成模型并賦予骨骼。

那么它的能力到底如何呢?我們也實(shí)際操作了一把，我們用華為的技術(shù)給機(jī)器之心的毛絨玩偶構(gòu)建了3D模型并綁定好骨骼。

只需使用視頻中的同款動(dòng)作數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)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話，看起來(lái)絕大多數(shù)人形角色都是沒(méi)問(wèn)題的!

通過(guò)AI能力用2D照片生成3D模型，是人工智能學(xué)術(shù)會(huì)議中的一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域，剛剛過(guò)去的國(guó)際頂會(huì)CVPR上就有數(shù)十篇這個(gè)方向的論文。通過(guò)對(duì)物體的不同角度進(jìn)行拍攝，將2D圖像轉(zhuǎn)換為三角網(wǎng)格模型，生成的3D模型可供建筑師、設(shè)計(jì)師、藝術(shù)家和游戲開(kāi)發(fā)者導(dǎo)入圖形引擎，并可以在此基礎(chǔ)上修改比例、更改材料或嘗試不同的照明效果。而如今，前沿技術(shù)的一部分已經(jīng)成為了手機(jī)上的應(yīng)用，不禁讓人感嘆科技發(fā)展的速度。

3D建模，手機(jī)也行

快速構(gòu)建3D模型的能力來(lái)自華為終端云服務(wù)開(kāi)放能力合集HMS Core，其擁有3D建模、3D引擎、AR Engine等多個(gè)圖形領(lǐng)域的開(kāi)放服務(wù)。其中，3D建模服務(wù)可以給我們帶來(lái)很多想象空間，可以用在商品展示、教學(xué)、虛擬人物，甚至動(dòng)畫(huà)制作上。

華為HMS Core 3D建模服務(wù)，不需要用TOF、深度攝像頭或LiDAR激光雷達(dá)等特殊硬件，只需要一個(gè)普通手機(jī)的RGB攝像頭即可完成建模。

這個(gè)過(guò)程在使用者看來(lái)是「一鍵生成」的，背后經(jīng)歷的卻是一系列復(fù)雜的處理過(guò)程。

高精度的幾何重建需要先進(jìn)行物體分割，將目標(biāo)物與背景分離，并進(jìn)行圖像匹配、特征提取和深度估計(jì)，AI算法通過(guò)分析不同角度的圖像來(lái)判斷位置關(guān)系，生成點(diǎn)云構(gòu)建3D模型，再計(jì)算出紋理材質(zhì)對(duì)模型表面進(jìn)行貼圖。

在這個(gè)過(guò)程中，華為利用自研的高低模技術(shù)，通過(guò)計(jì)算剔除冗余的面片，可以用更低的面片數(shù)(5萬(wàn)以下)達(dá)成高面片數(shù)(10萬(wàn)及以上)模型的效果，在中低端手機(jī)上也能實(shí)現(xiàn)精細(xì)的視覺(jué)效果。

自動(dòng) 生成3D 虛擬形象的「筋骨」

為了讓模型動(dòng)起來(lái)，我們還需要對(duì)模型進(jìn)行「骨骼綁定」：

傳統(tǒng)流程中，骨骼綁定也需要?jiǎng)赢?huà)師手工來(lái)完成，HMS Core的能力大幅提升了動(dòng)畫(huà)制作的效率：通過(guò)自動(dòng)的骨骼綁定和蒙皮權(quán)重估計(jì)，HMS Core可以讓你剛剛掃描出來(lái)的3D模型在導(dǎo)入動(dòng)作數(shù)據(jù)后活動(dòng)起來(lái)。

值得一提的是，在這個(gè)領(lǐng)域，此前少數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)節(jié)估計(jì)的方法都需要目標(biāo)模型擺好標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)。華為利用AI算法減少了人為規(guī)則的需求，可以支持非對(duì)稱(chēng)的多種姿態(tài)。

面對(duì)模型的各種姿態(tài)，AI算法需要大量數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，但在3D模型重建任務(wù)上，業(yè)內(nèi)其實(shí)并沒(méi)有這樣的數(shù)據(jù)集。

對(duì)此，華為自研了一套3D人形角色自動(dòng)生成框架，可以基于千百個(gè)模型數(shù)據(jù)，生成數(shù)十萬(wàn)甚至是上百萬(wàn)的角色模型和骨骼。通過(guò)數(shù)據(jù)增強(qiáng)，HMS Core支持了非對(duì)稱(chēng)姿態(tài)、不同體型和類(lèi)別的人形角色的自動(dòng)骨骼綁定。

投射到現(xiàn)實(shí)世界

最后，若想將構(gòu)建好的3D模型呈現(xiàn)在真實(shí)的世界中，實(shí)現(xiàn)真人與3D虛擬物體交互的效果，還需要準(zhǔn)確高效的AR能力。

華為HMS Core的AR Engine通過(guò)整合算法實(shí)現(xiàn)了厘米級(jí)的精準(zhǔn)定位，開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)這些能力讓虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界自然地融合在一起。

例如，AR Engine提供了光照估計(jì)和環(huán)境Mesh能力，使得3D虛擬形象的影子會(huì)隨著燈光變化，并可被現(xiàn)實(shí)世界中的物體擋住，帶來(lái)更自然的視覺(jué)交互體驗(yàn)。

圖形領(lǐng)域能力全面 開(kāi)放，加速元宇宙時(shí)代到來(lái)

隨著業(yè)界虛實(shí)融合步伐加快，華為HMS Core全面開(kāi)放圖形領(lǐng)域的相關(guān)能力，助力開(kāi)發(fā)者高效構(gòu)建虛實(shí)融合的數(shù)字世界。

圖片來(lái)自2022年7月HUAWEI Developer Day(簡(jiǎn)稱(chēng)HDD)杭州站主論壇現(xiàn)場(chǎng)

開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)直接調(diào)用軟件接口獲得華為圖形領(lǐng)域的核心能力，節(jié)省大量時(shí)間和精力，高效完成應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

相信有了這種能力的加持，或許下一個(gè)爆款的App已在路上，元宇宙時(shí)代也將加速到來(lái)。(文章來(lái)源于公眾號(hào)：機(jī)器之心)

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