西瓜碎裂仿真开源！3D高斯内部填充法，损伤值调控脆性断裂

烽火星察

匠心出品

同祖国并肩望复兴景

大家好欢迎收看【烽火点评】，现有 3D 高斯方法主要聚焦静态物体的表面重建，扩展到动态场景时仅能处理拓扑结构不变的运动，比如让西瓜像篮球一样弹跳，但这不符合真实世界逻辑 —— 没人会觉得西瓜摔到地上会弹起，而是应该碎裂。

当场景出现显著脆性断裂时，此前方法难以准确表示，相关研究的目标就是实现这类真实的仿真效果。

为了解决这一问题，研究提出内部生成 Pipeline，首先解决高斯核大小问题：标准 3D 高斯训练时不对核大小约束，过大的核会跨越断裂边界，导致新暴露表面出现不自然 artifacts。

通过在训练时加入正则化项，让高斯核更小更均匀，既保证渲染质量，又能生成自然的切割破碎效果。

其次是填充高斯内部：将三维空间离散为 voxel grid，通过已有高斯密度识别边界；对每个网格中心向六个方向发射射线，碰撞次数为奇数的格点判定为内部。

用新高斯填充内部空洞，再通过二次训练固定其他参数，仅优化不透明度，去除边界附近的 artifacts，得到内部填满且表面渲染质量不受影响的高斯。

最后是生成内部纹理：由于 3D 体积纹理无法直接用 2D 图像定义，采用将物体切成切片，对正交视图做 2D 补全，反投影到 3D 切片得到粗糙但视角一致的纹理；迭代处理各轴切片，通过多视角优化提升 3D 纹理一致性，减少 artifacts。

在脆性断裂模型方面，基于物质点法扩展，引入连续损伤模型控制断裂：用 “损伤值” 模拟材料生命值，形变越大损伤值越高，应力越小；当应力不足以维持形状时，断裂发生。

引入参数 β 控制材料硬度，低 β 更脆如玻璃，高 β 更坚韧如果冻；为物体不同组件分配不同 β 值，比如西瓜果肉 β=0.6、瓜皮 β=2、种子 β=5，实现真实断裂行为。

此外，传统 3D 高斯将环境光照烘焙到球谐函数中，不适合动态断裂场景，研究引入布林肯光照系统，让断裂后的内部表面更立体，提升深度感和破片区分度。

今天的【烽火点评】到这就要结束了，期待与大家共阅下期内容，我们下个文章见