We propose RTG-SLAM, a real-time 3D reconstruction system with an RGBD camera for large-scale environments using Gaussian splatting. RTG-SLAM features a compact Gaussian representation and a highly efficient on-the-fly Gaussian optimization scheme. We force each Gaussian to be either opaque or nearly transparent, with the opaque ones fitting the surface and dominant colors, and transparent ones fitting residual colors. By rendering depth in a different way from color rendering, we let a single opaque Gaussian well fit a local surface region without the need of multiple overlapping Gaussians, hence largely reducing the memory and computation cost. For on-the-fly Gaussian optimization, we explicitly add Gaussians for three types of pixels per frame: newly observed, with large color errors and with large depth errors. We also categorize all Gaussians into stable and unstable ones, where the stable Gaussians are expected to well fit previously observed RGBD images and otherwise unstable. We only optimize the unstable Gaussians and only render the pixels occupied by unstable Gaussians. In this way, both the number of Gaussians to be optimized and pixels to be rendered are largely reduced, and the optimization can be done in real time. We show real-time reconstructions of a variety of real large scenes. Compared with the state-of-the-art NeRF-based RGBD SLAM, our system achieves comparable high-quality reconstruction but with around twice the speed and half the memory cost, and shows superior performance in the realism of novel view synthesis and camera tracking accuracy.


翻译:我们提出RTG-SLAM,一种基于高斯泼溅的RGBD相机实时三维重建系统,适用于大规模环境。该系统采用紧凑的高斯表示和高效的动态高斯优化方案。我们强制每个高斯体要么完全不透明,要么近乎透明:不透明高斯体拟合表面和主色调,透明高斯体拟合残差颜色。通过采用与颜色渲染不同的深度渲染方式,单个不透明高斯体即可拟合局部表面区域,无需多个重叠高斯体,从而大幅降低内存与计算开销。在动态高斯优化方面,我们针对每帧三类像素显式添加高斯体:新观测像素、颜色误差较大像素及深度误差较大像素。同时将所有高斯体区分为稳定与不稳定两类:稳定高斯体应能良好拟合历史RGBD观测,否则视为不稳定。我们仅优化不稳定高斯体,并仅渲染其占据像素。通过此策略,待优化高斯体数量与渲染像素数均显著减少,从而实现实时优化。我们在多种真实大规模场景中展示了实时重建效果。与基于NeRF的最先进RGBD SLAM相比,本系统在保持相当重建质量的同时,速度提升约一倍,内存消耗降低一半,并在新视角合成真实感与相机跟踪精度方面表现更优。

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