FieryGS: In-the-Wild Fire Synthesis with Physics-Integrated Gaussian Splatting
作者: Qianfan Shen, Ningxiao Tao, Qiyu Dai, Tianle Chen, Minghan Qin, Yongjie Zhang, Mengyu Chu, Wenzheng Chen, Baoquan Chen
分类: cs.GR, cs.CV
发布日期: 2026-04-30
备注: ICLR 2026
🔗 代码/项目: PROJECT_PAGE
💡 一句话要点
FieryGS：基于物理融合高斯溅射的野外场景火焰合成
🎯 匹配领域: 支柱三：空间感知与语义 (Perception & Semantics) 支柱四：生成式动作 (Generative Motion) 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)
关键词: 火焰合成 3D高斯溅射 物理模拟 多模态学习 场景重建 燃烧模拟 计算机图形学
📋 核心要点
- 现有方法难以在真实场景中合成逼真火焰，主要挑战在于手工设计和参数调整繁琐，缺乏物理基础。
- FieryGS将物理精确的燃烧模拟和渲染集成到3DGS流程中，实现真实场景中火焰的自动合成与控制。
- FieryGS在视觉真实感、物理保真度和可控性方面均优于现有方法，支持火焰传播、烟雾扩散等复杂现象。
📝 摘要（中文）
本文研究了在野外3D场景中合成逼真且物理上合理的燃烧效果的问题。传统的CFD和图形渲染流程虽然可以生成逼真的火焰效果，但依赖于手工设计的几何体、专家调整的参数以及劳动密集型的工作流程，限制了其在真实世界中的可扩展性。最近的场景建模进展，如3D高斯溅射(3DGS)，能够实现高保真的真实世界场景重建，但缺乏燃烧的物理基础。为了弥合这一差距，我们提出了FieryGS，一个基于物理的框架，它将物理精确且用户可控的燃烧模拟和渲染集成到3DGS流程中，从而为真实场景实现逼真的火焰合成。我们的方法紧密耦合了三个关键模块：(1)基于多模态大型语言模型的物理材料推理，(2)高效的体积燃烧模拟，以及(3)用于火焰和3DGS的统一渲染器。通过统一重建、物理推理、模拟和渲染，FieryGS消除了手动调整，并自动生成与场景几何体和材料一致的逼真、可控的火焰动态。我们的框架支持复杂的燃烧现象——包括火焰传播、烟雾扩散和表面碳化——并能精确地控制火焰强度、气流、点火位置和其他燃烧参数。在各种室内和室外场景中进行的评估表明，FieryGS在视觉真实感、物理保真度和可控性方面优于所有比较基线。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在解决在真实3D场景中合成逼真且物理上合理的火焰效果的问题。现有方法，如传统的CFD和图形渲染流程，依赖于手工设计的几何体、专家调整的参数以及劳动密集型的工作流程，难以扩展到复杂的真实世界场景。此外，现有的3DGS方法虽然能够重建高保真场景，但缺乏对燃烧过程的物理建模。
核心思路：FieryGS的核心思路是将物理精确的燃烧模拟与3DGS渲染流程相结合，从而在真实场景中自动生成逼真且可控的火焰效果。通过引入物理材料推理和高效的体积燃烧模拟，FieryGS能够模拟火焰传播、烟雾扩散和表面碳化等复杂的燃烧现象，并允许用户精确控制火焰强度、气流和点火位置等参数。
技术框架：FieryGS包含三个主要模块：(1)基于多模态大型语言模型的物理材料推理模块，用于推断场景中物体的物理属性；(2)高效的体积燃烧模拟模块，用于模拟火焰的动态行为；(3)统一的渲染器，用于渲染火焰和3DGS场景。整个流程首先利用3DGS重建场景，然后通过物理材料推理模块确定场景中物体的物理属性，接着使用体积燃烧模拟模块模拟火焰的动态行为，最后通过统一的渲染器将火焰与3DGS场景融合。
关键创新：FieryGS的关键创新在于将物理精确的燃烧模拟与3DGS渲染流程紧密结合，实现了在真实场景中自动生成逼真且可控的火焰效果。与现有方法相比，FieryGS无需手工设计几何体和调整参数，而是通过物理材料推理和体积燃烧模拟自动生成与场景几何体和材料一致的火焰动态。此外，FieryGS还支持火焰传播、烟雾扩散和表面碳化等复杂的燃烧现象。
关键设计：FieryGS的关键设计包括：(1)使用多模态大型语言模型进行物理材料推理，从而能够从场景图像中推断出物体的物理属性；(2)采用高效的体积燃烧模拟方法，从而能够快速模拟火焰的动态行为；(3)设计了一个统一的渲染器，能够将火焰与3DGS场景无缝融合。具体的参数设置、损失函数和网络结构等技术细节在论文中进行了详细描述。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
FieryGS在多个室内和室外场景中进行了评估，实验结果表明，FieryGS在视觉真实感、物理保真度和可控性方面均优于所有比较基线。具体而言，FieryGS能够生成更逼真的火焰形状、烟雾效果和表面碳化现象，并且能够精确控制火焰的强度、气流和点火位置等参数。
🎯 应用场景
FieryGS具有广泛的应用前景，例如：电影特效制作、游戏开发、虚拟现实/增强现实、火灾模拟与安全评估、以及消防员训练等。该研究能够帮助用户在各种场景中创建逼真的火焰效果，提高视觉体验，并为火灾安全研究提供有力的工具。
📄 摘要（原文）
We consider the problem of synthesizing photorealistic, physically plausible combustion effects in in-the-wild 3D scenes. Traditional CFD and graphics pipelines can produce realistic fire effects but rely on handcrafted geometry, expert-tuned parameters, and labor-intensive workflows, limiting their scalability to the real world. Recent scene modeling advances like 3D Gaussian Splatting (3DGS) enable high-fidelity real-world scene reconstruction, yet lack physical grounding for combustion. To bridge this gap, we propose FieryGS, a physically-based framework that integrates physically-accurate and user-controllable combustion simulation and rendering within the 3DGS pipeline, enabling realistic fire synthesis for real scenes. Our approach tightly couples three key modules: (1) multimodal large-language-model-based physical material reasoning, (2) efficient volumetric combustion simulation, and (3) a unified renderer for fire and 3DGS. By unifying reconstruction, physical reasoning, simulation, and rendering, FieryGS removes manual tuning and automatically generates realistic, controllable fire dynamics consistent with scene geometry and materials. Our framework supports complex combustion phenomena -- including flame propagation, smoke dispersion, and surface carbonization -- with precise user control over fire intensity, airflow, ignition location and other combustion parameters. Evaluated on diverse indoor and outdoor scenes, FieryGS outperforms all comparative baselines in visual realism, physical fidelity, and controllability. Project page can be found at https://pku-vcl-geometry.github.io/FieryGS/.