Prometheus – 浙大联合蚂蚁等高校推出的3D感知潜在扩散模型 | AI工具集

Prometheus是什么

Prometheus是创新的3D感知潜在扩散模型，专门用于快速生成文本到3D场景的内容。能在几秒钟内完成对象和场景级别的3D生成，同时保持高质量的输出和良好的泛化能力。核心在于基于2D先验知识来驱动高效且可泛化的3D合成过程。通过将3D场景生成表述为多视图、前馈、像素对齐的3D高斯生成过程，在潜在扩散范式内进行操作，Prometheus能有效地从文本描述中生成具有丰富细节和准确几何结构的3D场景。基于预训练的文本到图像生成模型进行微调，引入RGB-D潜在空间来解耦外观和几何信息，提升生成的保真度和几何质量。

Prometheus的主要功能

• 高效的3D生成：能在几秒钟内生成复杂的3D场景，包括对象和整个场景级别，提高3D内容创作的效率。
• 高质量输出：生成的3D场景在视觉保真度和几何质量上表现出色，能准确地反映文本描述中的细节和背景信息。
• 良好的泛化能力：通过在大规模单视图和多视图数据集上进行训练，Prometheus能泛化到各种不同的3D对象和场景，具有与Stable Diffusion相当的泛化能力。
• 多视图一致性：生成的3D场景在多视图下保持一致性，在大旋转或极端视角下也能保持稳定的视觉效果。
• 文本到3D的对齐：生成的3D场景能准确地与输入的文本提示对齐，确保生成的内容符合用户的描述和期望。

Prometheus的技术原理

• 两阶段训练框架
  • 第一阶段：3D高斯变分自编码器（GS-VAE）使用预训练的图像编码器（如Stable Diffusion的编码器）将RGB图像和预测的单目深度图编码到潜在空间。通过多视图Transformer整合跨视图信息，并注入相机姿态信息。将融合后的隐空间变量解码为像素对齐的3D高斯场景。像素对齐的3D高斯场景，作为场景级别的表示。
  • 第二阶段：多视图潜在扩散模型（MV-LDM）通过去噪扩散过程，联合预测多视图RGB-D潜在空间代码，条件为相机姿态和文本提示。从随机采样的高斯噪声开始，通过迭代去噪过程恢复多视图隐空间编码。多视图RGB-D潜在空间代码，用于生成最终的3D场景。
• RGB-D潜在空间的引入：Prometheus引入RGB-D潜在空间，将外观（RGB）和几何信息（D）解耦，提升生成的保真度和几何质量。模型能更高效地生成3D高斯，同时保持高质量的视觉效果。
• 前馈生成策略：Prometheus采用前馈生成策略，相比传统的优化方法，减少了生成时间，提高了生成效率。通过从潜在空间中采样多视图RGB-D潜在空间代码，使用GS-VAE解码器解码为3D高斯场景，实现了快速且高质量的3D场景生成。
• 无分类器引导（CFG）：为了确保生成的3D场景与文本提示对齐，Prometheus使用无分类器引导（CFG）来引导多视图生成过程。通过调整引导强度，平衡多视图一致性和保真度，避免生成结果中的多视图不一致问题。
• 大规模数据集训练：Prometheus在大规模单视图和多视图数据集上进行训练，确保模型具有良好的泛化能力。数据集包括多种场景类型，如对象中心、室内、室外和驾驶场景，文本提示由多模态大语言模型生成。
• 损失函数：在训练过程中，Prometheus使用多种损失函数，包括均方误差（MSE）损失、感知损失和尺度不变深度损失，确保生成的3D场景在视觉和几何上与输入图像和深度图对齐。

Prometheus的项目地址

Prometheus的应用场景

• 内容创作：快速生成逼真的3D场景和对象，用于VR和AR应用中的虚拟环境构建。例如，创建虚拟展览、虚拟旅游、虚拟教育场景等。
• 实时交互：在VR和AR应用中，用户可以通过文本输入实时生成和修改3D场景，增强交互体验。
• 场景设计：快速生成游戏中的各种场景，如城市、森林、沙漠等，提高游戏开发效率。开发者可以通过简单的文本描述生成复杂的3D环境，减少手动建模的时间和成本。
• 概念设计：建筑师和室内设计师可以使用Prometheus快速生成建筑和室内设计的3D模型，用于初步设计和客户展示。通过文本描述，快速生成不同风格和布局的3D场景，提高设计效率。
• 虚拟展示：生成的3D场景可以用于虚拟展示，客户可以通过VR设备沉浸式地体验设计效果，提供更直观的反馈。