GS-Verse: Mesh-based Gaussian Splatting for Physics-aware Interaction in Virtual Reality
作者: Anastasiya Pechko, Piotr Borycki, Joanna Waczyńska, Daniel Barczyk, Agata Szymańska, Sławomir Tadeja, Przemysław Spurek
分类: cs.GR, cs.CV
发布日期: 2025-10-13 (更新: 2025-11-04)
💡 一句话要点
GS-Verse：基于网格的高斯溅射方法，用于虚拟现实中具有物理感知交互
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control) 支柱三：空间感知与语义 (Perception & Semantics)
关键词: 高斯溅射 虚拟现实 物理交互 网格表示 沉浸式体验
📋 核心要点
- 现有VR物理交互方法依赖工程密集流程和简化几何表示，牺牲了视觉逼真度和物理精度。
- GS-Verse将对象网格与高斯溅射表示直接集成，实现更精确的表面逼近和逼真交互。
- 用户研究表明，GS-Verse在物理感知拉伸操作上优于现有技术，并在其他物理操作中表现更稳定。
📝 摘要（中文）
随着对沉浸式3D内容的需求增长，直观高效的交互方法变得至关重要。当前在虚拟现实(VR)中物理操作3D内容的技术面临诸多限制，包括依赖于工程密集型流程和简化的几何表示（如四面体笼），这会影响视觉逼真度和物理精度。本文介绍GS-Verse（用于虚拟环境渲染和场景编辑的高斯溅射），这是一种新颖的方法，旨在通过将对象的网格与高斯溅射(GS)表示直接集成来克服这些挑战。我们的方法能够实现更精确的表面逼近，从而实现高度逼真的变形和交互。通过利用现有的3D网格资产，GS-Verse简化了内容重用并简化了开发工作流程。此外，我们的系统被设计为与物理引擎无关，从而为开发人员提供了强大的部署灵活性。这种通用架构为交互式3D操作提供了一种高度逼真、适应性强且直观的方法。我们通过一项包含18名参与者的比较用户研究，针对当前最先进的将VR与GS结合的技术，严格验证了我们的方法。具体来说，我们证明了我们的方法在物理感知的拉伸操作方面具有统计学上的显着优势，并且在其他基于物理的操作（如扭曲和摇晃）中也更加一致。在各种交互和场景中的进一步评估证实，我们的方法始终提供高且可靠的性能，显示出其作为现有方法的可行替代方案的潜力。
🔬 方法详解
问题定义：现有VR物理交互方法，如基于四面体笼的方法，在视觉效果和物理精度上存在妥协。它们通常需要大量的人工工程来创建合适的物理代理，并且难以处理复杂的几何形状。因此，需要一种能够提供高视觉质量和精确物理交互的解决方案。
核心思路：GS-Verse的核心思路是将3D对象的网格表示直接集成到高斯溅射（Gaussian Splatting）表示中。通过这种方式，可以利用网格的精确表面信息来指导高斯溅射的生成和变形，从而实现更逼真的视觉效果和更准确的物理交互。这种方法避免了使用简化的几何代理，并允许直接操作高斯溅射的参数以实现变形。
技术框架：GS-Verse的整体框架包括以下几个主要阶段：1) 将3D网格模型转换为高斯溅射表示。2) 将物理引擎与高斯溅射表示集成，以便可以模拟物理交互。3) 设计交互机制，允许用户在VR环境中直接操作高斯溅射对象。4) 渲染高斯溅射场景，并根据物理模拟的结果更新高斯溅射的参数。该框架是物理引擎无关的，允许开发者选择最适合其需求的物理引擎。
关键创新：GS-Verse最重要的技术创新点在于直接将网格信息融入高斯溅射表示中，从而实现了高精度和高效率的物理交互。与现有方法相比，GS-Verse避免了使用简化的几何代理，并允许直接操作高斯溅射的参数以实现变形。这使得GS-Verse能够提供更逼真的视觉效果和更准确的物理交互。
关键设计：GS-Verse的关键设计包括：1) 使用一种有效的算法将3D网格模型转换为高斯溅射表示。2) 设计一种物理引擎接口，允许物理引擎直接操作高斯溅射的参数。3) 设计一种交互机制，允许用户在VR环境中直观地操作高斯溅射对象。具体的参数设置和损失函数取决于所使用的物理引擎和高斯溅射渲染器。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
用户研究表明，GS-Verse在物理感知的拉伸操作方面，显著优于现有技术。在扭曲和摇晃等其他物理操作中，GS-Verse也表现出更高的稳定性。在各种交互和场景中的评估表明，GS-Verse始终提供高且可靠的性能，证明了其作为现有方法的有效替代方案。
🎯 应用场景
GS-Verse可应用于VR游戏、虚拟原型设计、远程协作等领域。它能够提供更逼真、更直观的3D交互体验，提升用户沉浸感和工作效率。未来，GS-Verse有望成为VR/AR内容创作和交互的重要工具，推动相关产业的发展。
📄 摘要（原文）
As the demand for immersive 3D content grows, the need for intuitive and efficient interaction methods becomes paramount. Current techniques for physically manipulating 3D content within Virtual Reality (VR) often face significant limitations, including reliance on engineering-intensive processes and simplified geometric representations, such as tetrahedral cages, which can compromise visual fidelity and physical accuracy. In this paper, we introduce GS-Verse (Gaussian Splatting for Virtual Environment Rendering and Scene Editing), a novel method designed to overcome these challenges by directly integrating an object's mesh with a Gaussian Splatting (GS) representation. Our approach enables more precise surface approximation, leading to highly realistic deformations and interactions. By leveraging existing 3D mesh assets, GS-Verse facilitates seamless content reuse and simplifies the development workflow. Moreover, our system is designed to be physics-engine-agnostic, granting developers robust deployment flexibility. This versatile architecture delivers a highly realistic, adaptable, and intuitive approach to interactive 3D manipulation. We rigorously validate our method against the current state-of-the-art technique that couples VR with GS in a comparative user study involving 18 participants. Specifically, we demonstrate that our approach is statistically significantly better for physics-aware stretching manipulation and is also more consistent in other physics-based manipulations like twisting and shaking. Further evaluation across various interactions and scenes confirms that our method consistently delivers high and reliable performance, showing its potential as a plausible alternative to existing methods.