유사도 그래프 기반 3DGS 실시간 변형 프레임워크

Abstract

최근 3D 가우시안 스플래팅（3D Gaussian Splatting, 3DGS）의 발전은 고품질 3차원 장면의 실시간 렌더링을 가능하게 하였다. 그러나 3DGS는 내재적인 위상 구조가 없는 비정형적인 표현 방식으로, 가우시안을 프리미티브에 변형을 적용하는 과정에서 구조적 찢어짐이나 시각적 아티팩트가 발생하는 등 동적 변형을 적용하는 데 근본적인 어려움이 있다. 본 논문에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 가우시안 간의 위상 구조를 명시적으로 구축하고, 이를 기반으로 안정적인 변형을 수행하는 프레임워크를 제안한다. 공간적 거리, 방향, 형태 및 구면 조화 함수（Spherical Harmonics, SH）를 통합한 다중 속성 측정 지표를 통해 가우시안 유사도 그래프를 구축함으로써, 인접 객체 간의 비물리적 간섭을 방지하면서 의미론적으로 선택적인 변형이 가능하도록 한다. 구축된 그래프 위에서 체인메일 알고리즘을 통해 사용자 입력 변위를 전파하여 실시간 응답성을 확보하며, 극분해로 정제된 국소 변형 기울기 추정을 통해 가우시안 공분산 행렬을 갱신하여 기하학적 일관성을 함께 유지한다. 실험 결과, 본 연구는 렌더링 효율성을 유지하면서 시각적 아티팩트를 효과적으로 감소시키고 구조적 일관성을 보존함을 확인하였다. 이를 통해 3DGS의 활용 범위를 정적 장면 재구성에서 실시간 동적 응용 분야로 확장하는 데 기여한다.|Recent advances in 3D Gaussian Splatting （3DGS） have enabled real-time rendering of high-quality three-dimensional scenes. However, 3DGS is an unstructured representation that lacks inherent topological structure, making it fundamentally challenging to apply dynamic deformations, as the process of deforming Gaussian primitives often introduces structural tearing and visual artifacts. To address these limitations, this paper proposes a framework that explicitly constructs topological structure among Gaussians and performs stable deformations based on this structure. A Gaussian similarity graph is constructed using a multi-attribute metric that integrates spatial distance, orientation, geometry, and Spherical Harmonics （SH） coefficients, enabling semantically selective deformation while preventing non-physical interference between adjacent objects. User-input displacements are propagated over the constructed graph via a ChainMail algorithm to ensure real-time responsiveness, and the Gaussian covariance matrices are updated through local deformation gradient estimation refined by polar decomposition to maintain geometric consistency. Experimental results confirm that the proposed method effectively reduces visual artifacts and preserves structural consistency while maintaining rendering efficiency. This work contributes to extending the applicability of 3DGS from static scene reconstruction to real-time dynamic applications.