Video2Game ：它能将单个视频转换成可以实时互动的、逼真的游戏和模拟环境。该项目由伊利诺伊大学香槟分校和上海交通大学的研究人员开发。
它通过神经网络技术（NeRF）捕捉场景的详细视觉和几何信息，并将这些信息转化为游戏中的网格模型和物理行为，使得虚拟环境不仅逼真，还可以实时互动。玩家可以在这些环境中行走、驾车、甚至与场景中的对象互动，如射击和碰撞，所有这些都遵循现实世界的物理法则。此外，这项技术还可以用于机器人模拟，例如使用机器人在虚拟环境中操控物体。
项目主要通过使用先进的计算机视觉和机器学习技术，例如神经辐射场（NeRF），来捕捉视频中场景的详细视觉和几何信息。通过这种方式，Video2Game 创造出数字化、可交互的虚拟环境，这些环境不仅视觉逼真，还可以实时响应用户的操作和控制。
该系统的核心由三个主要组件构成：
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神经辐射场（NeRF）模块：有效捕捉场景的几何形态和视觉外观
- 功能：通过构建复杂的三维模型来捕捉视频中场景的深度和细节，包括光影和纹理。
- 应用：这一模块能够生成非常逼真的场景渲染效果，为后续的互动和模拟提供基础。
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网格模块：从 NeRF 中提取知识以实现更快的渲染
- 功能：将从 NeRF 模型中得到的数据转化为网格数据，这些网格数据更适合于快速渲染和实时处理。
- 应用：使得虚拟环境在保持视觉效果的同时，渲染速度更快，适应实时游戏和交互需求。
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物理模块：模拟对象间的交互和物理动力学
- 功能：为每个物体建立物理属性，如重力、碰撞模型和动力学行为，模拟真实世界的物理规律。
- 应用：玩家与环境中的对象互动（如推动、撞击、抛掷等）时，所有动作都符合物理法则，增强游戏的真实感和沉浸感。
通过精心设计的流程，可以构建一个可交互的、可行动的数字复制品，适用于室内外大规模场景。
Video2Game 的功能
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逼真的虚拟环境生成：
- 利用 NeRF 技术从视频中重建高质量的三维场景，包括场景的几何形状和外观。
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快速渲染与交互：
- 通过从 NeRF 提取的数据创建网格模型，加速渲染过程，同时保持视觉效果的逼真。
- 加入物理模块，模拟对象之间的交互和动力学，使环境能够响应玩家的操作。
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多样的游戏玩法：
- 导航与探索：玩家可以在精细重建的虚拟环境中自由移动和探索，体验与真实世界相仿的视觉和物理效果。
- 物理交互游戏：例如射击、推动或破坏场景中的对象，如足球撞击瓶子等。
- 收集与赛车：在城市环境中收集物品或进行赛车游戏。
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机器人模拟：
- 利用构建的环境测试和模拟不同的机器人行为，如抓取、移动或推动物体。
- 使用机器人进行复杂的交互操作，如精确控制机械臂进行物体搬运。
技术流程
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输入视频处理：
- 功能：捕获和分析输入视频，提取必要的视觉和几何信息，这是环境建模的基础。
- 实现方式：首先，从输入的视频中提取关键帧，然后使用图像处理技术和机器学习方法分析这些帧，以便识别和提取场景的结构和动态信息。
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场景重建与NeRF建模：
- 功能：使用神经辐射场（NeRF）技术重建视频中的3D场景。
- 实现方式：通过NeRF模型对提取的关键帧进行深度学习训练，学习场景的3D结构和视觉细节。这包括学习场景中每个位置的颜色和透明度，从而能在任何新的视点下重建场景的视觉外观。
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网格转换与优化：
- 功能：将NeRF的输出转换为游戏引擎可以更高效处理的网格格式。
- 实现方式：使用行走立方体算法从NeRF模型中生成网格，然后对这些网格进行优化，如简化几何复杂度、优化纹理映射等，以确保在游戏引擎中的高效渲染。
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物理和互动模拟：
- 功能：为重建的场景添加物理属性和互动能力。
- 实现方式：定义网格的碰撞体，赋予物理参数（如质量、摩擦力和反弹力），并在游戏引擎中集成物理引擎（如Cannon.js），以模拟真实的物理交互效果。
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游戏引擎集成：
- 功能：将优化后的网格和模拟的物理环境整合到一个实时游戏引擎中。
- 实现方式：利用WebGL和其他现代游戏开发框架，如Three.js或Unity，将处理后的场景、纹理、物理属性及行为逻辑集成到交互式的游戏或模拟器中。
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用户交互界面：
- 功能：提供用户与虚拟环境互动的界面。
- 实现方式：开发直观的用户控制和反馈系统，允许玩家使用键盘、鼠标或其他输入设备来控制视角、移动和与环境中的对象互动。
功能和演示
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导航互动（Gardenvase场景）：
- 功能：在虚拟环境中，代理（游戏中的角色）可以自由地导航，探索复杂的虚拟场景。
- 物理规则遵循：所有动作，包括角色移动和与环境交互，都严格遵守现实世界的物理法则。
- 交互性：角色可以在虚拟环境中自由导航，他们的行动遵循真实世界的物理规律，并受到碰撞模型的限制。此外，玩家还可以与额外插入的物体（如足球）进行互动，这一切都遵循物理规律。
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射击动作（Gardenvase场景）：
- 功能：玩家可以执行射击动作，目标是场景中的中央花瓶。
- 实现细节：使用刚体碰撞动力学模拟射击影响，花瓶使用盒形碰撞体，背景使用凸多边形碰撞体。
- 效果：玩家用球形碰撞体射击花瓶，使其从桌子上飞起并坠落。
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收集硬币（KITTI-360场景）：
- 功能：代理在KITTI-360环境的四条街道上收集硬币，模拟类似“庙堂逃亡”游戏的活动。
- 交互性：此活动要求高度动态交互和对环境的敏感反应。
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椅子破碎效果（KITTI-360场景）：
- 功能：道路上的椅子可以被破坏，展示了物理碰撞和破坏的效果。
- 实现细节：使用预计算的破碎动画来实现视觉上的破坏效果，增加游戏的真实感和互动性。
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