DUSt3R - 从任意图像集合中重建3D场景的框架

DUSt3R是什么

DUSt3R（Dense and UnconstrAIned Stereo 3D Reconstruction，密集无约束立体三维重建）是由来自芬兰阿尔托大学和Naver欧洲实验室的研究人员推出的一个3D重建框架，旨在简化从任意图像集合中重建三维场景的过程，而无需事先了解相机校准或视点位置的信息。该方法将成对重建问题视为点图的回归问题，放宽了传统投影相机模型的约束，还引入了全局对齐策略以处理多个图像对。

DUSt3R的官网入口

官方项目主页：https://dust3r.europe.naverlabs.com/
GitHub代码库：https://github.com/naver/dust3r
arXiv研究论文：https://arxiv.org/abs/2312.14132

DUSt3R的主要功能

快速3D重建：DUSt3R能够在极短的时间内（不到2秒钟）从输入图片中重建出3D模型，对于实时应用或快速原型制作非常有用。
无需相机校准：与传统的3D重建技术不同，DUSt3R不需要任何相机校准或视点姿势的先验信息。这意味着用户无需进行复杂的设置，只需提供图片即可。
多视图立体重建（MVS）：DUSt3R能够处理多视图立体重建任务，即使在提供超过两张输入图像的情况下，也能有效地将所有成对的点图表示为一个共同的参考框架。
单目和双目重建：DUSt3R统一了单目和双目重建的情况，即可以使用单个图像或成对的图像来进行3D重建。
生成多种类型的3D视觉图：除了3D重建，DUSt3R还能生成深度图，可以理解场景中物体的相对位置和距离。此外，DUSt3R还能输出置信度图，用于评估重建结果的准确性，以及用于3D建模和可视化的点云图。

DUSt3R的技术原理

点图（Pointmaps）：DUSt3R使用点图作为其核心表示，这是一种密集的2D场，其中包含了3D点的信息。点图为每个像素提供了一个与之对应的3D点，从而在图像像素和3D场景点之间建立了直接的对应关系。
Transformer网络架构：DUSt3R基于标准的Transformer编码器和解码器构建其网络架构。该架构允许模型利用强大的预训练模型，从而在没有显式几何约束的情况下，从输入图像中学习到丰富的几何和外观信息。
端到端训练：DUSt3R通过端到端的方式进行训练，可以直接从图像对中学习到点图，而不需要进行复杂的多步骤处理，如特征匹配、三角测量等。
全局对齐策略：当处理多于两张图像时，DUSt3R提出了一种全局对齐策略，该策略能够将所有成对点图表达在共同的参考框架中，能够处理多个图像对，这对于多视图3D重建尤为重要。
多任务学习：DUSt3R能够在训练过程中同时学习多个相关任务，如深度估计、相机参数估计、像素对应关系等。这种多任务学习策略使得模型能够更全面地理解场景的几何结构。