Video2Game ：将现实世界的视频自动转换成逼真且可交互的游戏环境

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：

1. 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。

2. 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。

3. 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

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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。

6. 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

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

Support authors and subscribe to content

This is premium stuff. Subscribe to read the entire article.

Login if you have purchased

Subscribe

Gain access to all our Premium contents.
More than 100+ articles.

Subscribe Now