3DGS数据准备：如何拍摄和准备训练图像
拍出好照片，训练好模型
想要用3DGS（3D Gaussian Splatting）创建高质量的3D模型，数据准备是关键的第一步！就像烹饪需要新鲜食材一样，3DGS需要高质量的图像才能生成逼真的3D模型。
3D视觉趣闻
- 在3DGS中，图像质量比数量更重要 - 50张高质量图像往往比200张模糊图像效果更好！
- 谷歌街景使用类似的多视图重建技术来创建三维地图，但其处理的图像数量高达数十亿张。
- 早期的3D重建需要精确的相机参数，现在的技术（如3DGS）可以自动从图像中估计这些参数。
- 拍摄360度全景图像是创建沉浸式3D场景的捷径，但需要注意拼接处的处理。
- 有些3DGS项目甚至使用手机拍摄的普通照片就能创建令人惊叹的3D模型！
无论你使用专业相机、无人机还是手机，只要掌握正确的拍摄技巧，都能为3DGS准备出色的训练数据。
让我们一起学习如何拍出适合3DGS的完美照片吧！
核心知识点讲解
1 为什么数据准备很重要？
3DGS模型的质量直接取决于训练数据的质量。高质量的图像数据可以帮助算法：
- 更准确地估计相机参数和场景几何
- 更好地捕捉物体的细节和纹理
- 减少重建过程中的伪影和错误
- 生成更真实、更细致的3D表示
📸 拍照小窍门：想象你的相机是一只眼睛，要"看清楚"整个场景，需要从多个角度观察同一个物体。这就是3DGS能够重建3D模型的关键原理！
2 选择合适的拍摄设备
3DGS对拍摄设备的要求其实很灵活，从专业相机到普通手机都可以使用。以下是不同设备的优缺点：
普通数码相机/单反
优点：
- 图像质量高，细节丰富
- 可调节参数多，适应不同场景
- 光学变焦能力强
缺点：
- 设备成本较高
- 体积较大，携带不便
- 拍摄大量照片后处理工作量大
无人机（DJI等）
优点：
- 可以获取独特的俯瞰视角
- 适合大范围场景重建
- 部分型号支持自动航拍模式
缺点：
- 受天气和法规限制
- 设备成本高
- 电池续航有限
360度全景相机（Insta360等）
优点：
- 单张照片即可覆盖全方位视角
- 适合创建沉浸式全景场景
- 拍摄效率高
缺点：
- 图像分辨率相对较低
- 拼接处可能有畸变
- 近距离物体重建质量一般
智能手机
优点：
- 随时随地可用，方便快捷
- 图像质量不断提升
- 内置多种拍摄模式
- 便于快速分享和处理
缺点：
- 低光环境下表现有限
- 景深控制能力较弱
- 长时间拍摄可能发热
💡 实用建议：如果你是初学者，手机就是很好的起点！现代智能手机的相机质量已经足够支持基础的3DGS项目。随着你对技术的熟悉，再考虑升级到更专业的设备。
3 室外场景拍摄技巧
室外场景是3DGS的常见应用场景，如建筑、风景、城市景观等。以下是一些拍摄技巧：
最佳拍摄时间
黄金时段：日出后和日落前1-2小时
- 光线柔和，色彩温暖
- 阴影适中，细节丰富
- 天空色彩美丽
避免时段：正午时分
- 阳光强烈，阴影浓重
- 容易造成曝光过度
- 色彩不够饱和
拍摄策略
- 环形拍摄：围绕目标物体或场景逆时针或顺时针移动，拍摄360度的图像
- 分层拍摄：不仅拍摄同一高度的图像，还应拍摄高角度和低角度的图像
- 重叠度：相邻两张照片之间保持60-70%的重叠区域
- 距离变化：拍摄不同距离的照片，既有全景，也有细节特写
- 锁定设置：拍摄过程中保持相机参数（如曝光、白平衡）一致
🌞 户外小技巧：如果拍摄时阳光太强，可以使用偏振镜减少反光，使天空更蓝，树叶更绿。另外，注意避免自己的影子出现在照片中！
4 室内场景拍摄技巧
室内场景拍摄面临更多挑战，如光线不足、空间限制等。以下是一些应对策略：
光线处理
- 利用自然光：打开窗帘，让自然光照亮场景
- 避免混合光源：尽量使用同一类型的光源（白炽灯、日光灯或自然光）
- 三脚架：在光线不足时使用三脚架保持相机稳定
- 手动设置：使用手动曝光模式，确保所有照片曝光一致
- 补光：必要时使用外部闪光灯或LED补光灯
空间和构图
- 分段拍摄：对于大房间，可以分区域拍摄，最后拼接
- 近距离拍摄：室内空间有限，需要更近的拍摄距离
- 焦点选择：将焦点放在主要物体上
- 垂直移动：除了水平移动，还应上下移动拍摄不同高度的视角
💡 室内小技巧：使用手机拍摄时，可以开启"专业模式"手动设置ISO、快门速度和白平衡，这比自动模式能获得更一致的图像质量。另外，清理一下拍摄场景，移除不必要的杂物可以让最终的3D模型更整洁！
5 小型物体拍摄技巧
拍摄小型物体（如工艺品、收藏品、产品等）需要特别的技巧来确保细节清晰：
设置和照明
- 静物台：使用小型静物台或背景布创建干净的拍摄环境
- 三灯布光：使用主光、侧光和背光创造立体感
- 柔光箱：使用柔光箱或反光板柔化光线
- 微距模式：开启相机的微距模式，捕捉细节
- 手动对焦：对于非常小的物体，使用手动对焦确保清晰度
拍摄策略
- 转盘拍摄：将物体放在转盘上，旋转拍摄360度
- 多角度：从不同角度拍摄，包括顶部和底部
- 焦点堆叠：对于深度较大的物体，可以拍摄多张不同焦点的照片，后期合成
- 一致距离：保持相机与物体的距离一致
🔍 微距小技巧：如果你的相机没有微距功能，可以尝试使用手机的放大镜功能，或者用一个简单的DIY微距镜头（例如，用一个倒置的老花镜）来增强近距离拍摄能力！
6 图像预处理
拍摄完成后，对图像进行适当的预处理可以提高3DGS的训练效果：
基础预处理步骤
- 筛选图像：删除模糊、曝光过度或不足的照片
- 统一尺寸：将所有图像调整为相同的分辨率
- 色彩校正：确保所有照片的色彩和白平衡一致
- 去噪：对低光环境下拍摄的照片进行适当去噪
- 重命名：使用有意义的文件名组织照片
高级预处理（可选）
- 裁剪：裁剪掉照片中不需要的部分
- 增强对比度：适当提高对比度，增强细节
- 镜头校正：校正广角镜头的畸变
- 批量处理：使用Photoshop、GIMP或Python脚本批量处理照片
总结与思考
通过本节的学习，我们了解了3DGS数据准备的核心要点：
- 不同拍摄设备（普通相机、无人机、360相机、智能手机）的优缺点
- 室外场景的最佳拍摄时间和策略
- 室内场景的光线处理和空间构图技巧
- 小型物体的设置、照明和拍摄方法
- 图像预处理的基础和高级步骤
🧠 深入思考：在实际应用中，如何平衡图像质量和数量？如何判断一组图像是否适合用于3DGS训练？
3DGS 相机轨迹指南
学习如何设计最优的相机轨迹，为3D高斯 splatting 采集高质量图像数据
相机轨迹可视化
轨迹类型详解
圆形轨迹
相机围绕物体做圆周运动，保持与物体相同距离。适合拍摄中小型物体，能均匀覆盖物体四周视角。推荐拍摄2-3圈，每圈至少20-30张照片。
螺旋轨迹
相机沿螺旋路径上升或下降，同时围绕物体旋转。适合拍摄较高的物体或场景，能够同时覆盖水平和垂直视角。推荐1-2圈，每圈高度变化约30-45度。
球形轨迹
相机在物体周围的球面上分布多个拍摄点，确保全方位覆盖。适合拍摄需要从各种角度捕捉细节的复杂物体。建议至少60-80个分布均匀的拍摄点。
拍摄小贴士
- 保持相机与物体距离一致，避免视差过大
- 重叠率保持在60%以上，确保特征点匹配
- 使用三脚架或稳定器保持拍摄稳定
- 避免强光和阴影，选择均匀照明环境
- 针对360度物体，确保顶部和底部都有足够覆盖
设备与场景建议
普通相机/智能手机
适合拍摄中小型物体，推荐使用圆形或螺旋轨迹。
建议：使用三脚架固定，设置定时拍摄。
无人机
适合拍摄大型场景或建筑物，推荐使用螺旋或球形轨迹。
建议：设置航点飞行模式，保持高度和速度稳定。
360度相机
适合拍摄全景场景，可固定在单一位置或缓慢移动。
建议：旋转拍摄时保持速度均匀，每10-15度拍摄一张。
轨迹参数参考
常见错误
轨迹间距过大
导致图像重叠不足，3D重建时出现空洞。
相机晃动
导致图像模糊，特征点提取困难。
视角单一
仅从正面拍摄，缺乏侧面和顶部视角，导致重建不完整。
光照变化
拍摄过程中光照条件变化大，导致特征点匹配困难。
练习题
1. 设备选择
如果你想为一个小型工艺品创建3D模型，你会选择什么设备？为什么？
查看答案
我会选择具有微距功能的数码相机或智能手机。因为小型工艺品需要捕捉细节，微距功能可以提供更好的近距离拍摄能力。如果有条件，还可以配合简单的柔光箱来改善照明效果。
2. 拍摄策略
为什么相邻照片之间需要保持60-70%的重叠区域？
查看答案
足够的重叠区域可以帮助3DGS算法识别不同图像中的相同特征点，从而更准确地计算相机位置和场景几何。重叠度过低会导致特征匹配困难，影响重建质量；重叠度过高则会增加不必要的计算量。
3. 实践探索
使用你的手机拍摄一组小型物体的照片（如文具、小摆件等），然后尝试使用上面的Python脚本进行预处理。