In der rasch fortschreitenden Welt der Computergrafik und künstlichen Intelligenz gewinnt die realistische Darstellung von 3D-Szenen immer mehr an Bedeutung. Besonders bei Anwendungen in den Bereichen Virtual Reality, Augmented Reality und Computerspielen ist es essenziell, komplexe Szenen mit möglichst geringem Rechenaufwand und hoher Performance darzustellen. Eine neue vielversprechende Methode, die unter dem Namen ViSOR bekannt ist, bietet hier einen innovativen Ansatz, der auf sogenannten zwei-Ebenen-Neuralszenen basiert und es erlaubt, virtuelle Welten interaktiv zu erkunden. ViSOR – View-interpolated Sparse Occlusion Refraction – hebt sich dabei als richtungsweisendes System hervor, das eine effiziente und dennoch detailreiche Visualisierung ermöglicht. ViSOR wurde als Forschungsprojekt entwickelt und steht gleichzeitig mit einem offenen Code sowie einer Demo für Interessierte und Entwickler zur Verfügung, die selbst Experimentieren möchten.
Traditionelle Ansätze wie Neural Radiance Fields (NeRFs) zeichnen sich dadurch aus, dass sie entlang jedes einzelnen Bildstrahls Informationen zu Farbe und Dichte erfassen und daraus ein hochdetailliertes 3D-Bild rekonstruieren. Diese Technik erfordert allerdings eine immense Rechenleistung, da jeder Strahl einzeln durch das Volumen marschiert werden muss. ViSOR verfolgt einen grundlegend anderen Weg. Anstatt jeden Strahl aufwendig zu analysieren, komprimiert ViSOR die Szene auf zwei sogenannte „Billboard“-Ebenen, welche texturiert und mit relevanten Informationen versehen werden. Diese Ebenen übernehmen unterschiedliche Aufgaben: Die vordere Ebene fungiert als Okklusions- und Lichtdiffusionsschicht, während die hintere Ebene vor allem für die Darstellung von Brechungen zuständig ist.
Durch das Zusammenwirken dieser Ebenen entsteht ein schneller und gleichzeitig realistisch wirkender 3D-Eindruck, der sich flüssig navigieren lässt. Dadurch ist ViSOR in der Lage, Szenen rund 80-mal schneller auf handelsüblichen Grafikprozessoren zu rendern als klassische NeRF-Methoden. Dies ist insbesondere für die Echtzeit-Anwendung entscheidend, etwa bei interaktiven Visualisierungen oder Live-Erkundungen von gescannten Umgebungen. Darüber hinaus kommen bei ViSOR komplexe mathematische Modelle wie Real-Spherical-Harmonics zum Einsatz, um für weiche Beleuchtungseffekte zu sorgen. Kenntnisse der auf Spherical Harmonics basierenden Lichtmodellierung sind in der Computergrafik nicht neu, doch die Integration in eine effiziente neuronale Repräsentation macht die Technik zu einem leistungsfähigen Werkzeug.
Die Implementierung erfordert moderne Softwarebibliotheken, die GPU-Beschleunigung unterstützen. Dabei nutzt ViSOR PyTorch mit CUDA-Unterstützung und das Projekt tiny-cuda-nn bietet dabei eine kompakte und effiziente Infrastruktur für neuronale Netzwerke direkt auf der Grafikkarte. Nutzer starten mit der Konfiguration der Umgebung und dem Installieren passender CUDA-Versionen, um das System optimal auf ihrer Hardware zu nutzen. Anschließend lassen sich vortrainierte Modelle laden oder eigene 3D-Datensätze anhand von Beispielskripten aus Blender rendern, um maßgeschneiderte Szenen zu erschaffen und trainieren. Ein besonders interessantes Feature von ViSOR ist die interaktive Viewer-Komponente.
Nach dem Start des Viewers öffnet sich ein kompakter Fensterbereich, in dem Nutzer mit Maus und Tastatur virtuell durch die Szene fliegen können. Die Steuerung ist intuitiv gestaltet: Mit gängigen Tasten wie W, A, S, D bewegt man sich vorwärts, rückwärts und seitlich durch den Raum. Hoch und runter geht es mit Q und E, während die Mausbewegung das Kamera-Orbit steuert. Wer sich besser orientieren möchte, findet im Viewer eine 3D-Debug-Ansicht, die Kamerapositionen aus Trainingsdatensätzen visualisiert. Dort kann man sogar direkt zu bestimmten Kamera-Frames teleportieren und so die Szene aus verschiedenen Blickwinkeln erleben.
Für Nutzer, die selbst eigene Szenen erstellen möchten, stellt das ViSOR-Projekt hilfreiche Werkzeuge bereit. Über ein Skript werden zufällige Kameraansichten in Blender gerendert, um Datensätze aus mehreren Perspektiven zu generieren. Diese können anschließend für das Training neuer neuronaler Dual-Billboard-Modelle eingesetzt werden. Der Trainingsprozess ist so gestaltet, dass bereits erzeugte Dateien erkannt und erneut übersprungen werden, was insbesondere bei großen Datensätzen Zeit spart und Fehlerquellen minimiert. Genau wie bei vielen modernsten Rendering-Verfahren setzt ViSOR auf latente Repräsentationen und eingebettete Kamerainformationen, um das Modell für neue, zuvor ungesehene Ansichten zu generalisieren.
Durch die Kombination aus Hash-Grid-Latents und realistisch geformten Lichtmodellen wird eine bedeutende Balance erreicht zwischen Detailtiefe und Performance. Dies macht die Technologie sowohl für Forschungszwecke als auch für praktische Anwendungen attraktiv. Das Open-Source-Konzept von ViSOR fördern die Zusammenarbeit zwischen Entwicklern, Künstlern und Forschern. Der Quellcode ist auf GitHub frei verfügbar, wodurch jeder die Möglichkeit hat, das System weiterzuentwickeln, eigene Verbesserungen einzubringen oder auf spezifische Anwendungsfälle zuzuschneiden. So entsteht eine lebendige Community, die ständig neue Ideen zur Erweiterung der methodischen Grundlagen erforscht.
Das Potenzial von ViSOR ist groß. Gerade in Zeiten, in denen immersive Medien und virtuelle Welten auf dem Vormarsch sind, braucht man leistungsfähige Rendering-Methoden, die mit begrenzten Ressourcen auskommen und dennoch ein überzeugendes Ergebnis liefern. ViSOR demonstriert eindrucksvoll, wie man mit einem innovativen Dual-Billboard-Prinzip auf moderne Hardware zugreift und so neuartige, interaktive visuelle Erlebnisse ermöglicht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ViSOR eine spannende Ergänzung im Feld des neuralen Renderings darstellt. Die Kombination aus schneller Ausführung, überzeugender Bildqualität und offenen Entwicklungswerkzeugen macht es zu einem vielversprechenden Instrument sowohl für professionelle Anwender als auch für Hobbyentwickler.
Wer sich mit Computergrafik auseinandersetzt und nach effizienten Wegen sucht, realistische 3D-Modelle interaktiv darzustellen, sollte ViSOR unbedingt genauer unter die Lupe nehmen und die Möglichkeiten dieser Technologie ergründen.
