PhysTalk: Language-driven Real-time Physics in 3D Gaussian Scenes
作者: Luca Collorone, Mert Kiray, Indro Spinelli, Fabio Galasso, Benjamin Busam
分类: cs.GR, cs.CV
发布日期: 2025-12-31
💡 一句话要点
PhysTalk：基于语言驱动的3D高斯场景实时物理交互
🎯 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) 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)
关键词: 3D高斯溅射 物理模拟 语言驱动 实时交互 4D动画
📋 核心要点
- 现有方法在生成逼真物理交互的3D动画时，面临计算成本高昂、渲染耗时以及缺乏有效语言控制接口等挑战。
- PhysTalk 提出利用大型语言模型直接操控3D高斯溅射场景参数，实现基于物理的实时交互式4D动画。
- PhysTalk 首次将3DGS与物理模拟器直接耦合，无需耗时的网格提取，实现了开放词汇的交互式3D高斯动画。
📝 摘要（中文）
逼真的视觉模拟应用广泛，但其创建需要计算时间、渲染和专业的动画知识。从文本输入生成开放词汇的视觉效果是一种有前景的解决方案，可以释放巨大的创造潜力。然而，当前的流程缺乏物理真实性和有效的语言接口，需要缓慢的离线优化。相比之下，PhysTalk 以 3D 高斯溅射 (3DGS) 场景作为输入，并将任意用户提示转换为实时的、基于物理的交互式 4D 动画。大型语言模型 (LLM) 生成可执行代码，通过轻量级代理和粒子动力学直接修改 3DGS 参数。值得注意的是，PhysTalk 是第一个将 3DGS 直接与物理模拟器耦合，而无需依赖耗时的网格提取的框架。在保持开放词汇的同时，这种设计能够通过碰撞感知的、基于物理的对任意多材质对象的操纵来实现交互式 3D 高斯动画。最后，PhysTalk 是免训练且计算量轻的：这使得 4D 动画得到广泛应用，并将这些工作流程从“渲染并等待”的模式转变为与现代的、物理信息丰富的管道进行交互式对话。
🔬 方法详解
问题定义：现有方法生成具有物理交互的3D动画时，需要耗费大量的计算资源进行渲染和优化，并且缺乏有效的语言控制接口，用户难以通过自然语言直接控制动画效果。此外，将3D场景与物理引擎结合通常需要进行耗时的网格提取，限制了实时交互性。
核心思路：PhysTalk的核心思路是利用大型语言模型（LLM）理解用户输入的自然语言指令，并将其转化为可执行的代码，直接操控3D高斯溅射（3DGS）场景的参数。通过轻量级的代理和粒子动力学，实现对3DGS场景的实时物理模拟和交互。这种方法避免了传统的网格提取过程，提高了效率和交互性。
技术框架：PhysTalk的整体框架包括以下几个主要模块：1) 3DGS场景输入：接收3DGS场景作为输入。2) 语言模型：使用大型语言模型（LLM）解析用户输入的自然语言指令，并生成相应的代码。3) 代码执行器：执行LLM生成的代码，直接修改3DGS场景的参数。4) 物理模拟器：使用物理模拟器对3DGS场景进行物理模拟，实现碰撞检测和动力学效果。5) 渲染器：实时渲染经过物理模拟后的3DGS场景，生成4D动画。
关键创新：PhysTalk最重要的创新点在于它首次将3DGS直接与物理模拟器耦合，无需进行耗时的网格提取。这使得PhysTalk能够实现对任意多材质对象的碰撞感知和基于物理的操纵，从而实现交互式的3D高斯动画。此外，PhysTalk还利用大型语言模型实现了开放词汇的语言控制，用户可以通过自然语言指令直接控制动画效果。
关键设计：PhysTalk的关键设计包括：1) 使用轻量级的代理和粒子动力学来表示3DGS场景中的对象，以便进行高效的物理模拟。2) 设计了一种代码生成机制，使得LLM能够生成可执行的代码，直接修改3DGS场景的参数。3) 采用了一种碰撞检测算法，能够高效地检测3DGS场景中对象之间的碰撞。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
PhysTalk 实现了基于语言驱动的3D高斯场景实时物理交互，无需训练，计算量小，使得4D动画制作更加便捷。该框架首次将3DGS与物理模拟器直接耦合，避免了耗时的网格提取，实现了开放词汇的交互式3D高斯动画。实验结果表明，PhysTalk 能够生成逼真的物理效果，并支持实时交互。
🎯 应用场景
PhysTalk 有潜力应用于游戏开发、电影制作、虚拟现实和增强现实等领域。它能够让用户通过简单的自然语言指令，快速创建具有逼真物理效果的3D动画，极大地降低了动画制作的门槛，并提升了创作效率。未来，PhysTalk 还可以应用于机器人控制和人机交互等领域，实现更加自然和智能的人机交互体验。
📄 摘要（原文）
Realistic visual simulations are omnipresent, yet their creation requires computing time, rendering, and expert animation knowledge. Open-vocabulary visual effects generation from text inputs emerges as a promising solution that can unlock immense creative potential. However, current pipelines lack both physical realism and effective language interfaces, requiring slow offline optimization. In contrast, PhysTalk takes a 3D Gaussian Splatting (3DGS) scene as input and translates arbitrary user prompts into real time, physics based, interactive 4D animations. A large language model (LLM) generates executable code that directly modifies 3DGS parameters through lightweight proxies and particle dynamics. Notably, PhysTalk is the first framework to couple 3DGS directly with a physics simulator without relying on time consuming mesh extraction. While remaining open vocabulary, this design enables interactive 3D Gaussian animation via collision aware, physics based manipulation of arbitrary, multi material objects. Finally, PhysTalk is train-free and computationally lightweight: this makes 4D animation broadly accessible and shifts these workflows from a "render and wait" paradigm toward an interactive dialogue with a modern, physics-informed pipeline.