Gaussian Splatting : une nouvelle génération de visite virtuelle 3D
Le Gaussian Splatting, également appelé 3D Gaussian Splatting ou 3DGS, est une technologie récente permettant de créer des environnements 3D photoréalistes à partir de photographies.
Contrairement à une modélisation 3D traditionnelle basée sur des polygones et des textures, le Gaussian Splatting utilise des millions de petites primitives 3D appelées gaussiennes. Chacune possède une position, une taille, une orientation, une couleur et une transparence.
En combinant ces informations, il devient possible de reconstruire un lieu réel avec un niveau de réalisme très proche de la photographie tout en conservant la liberté de déplacement d'un véritable environnement 3D.
Cette technologie ouvre ainsi de nouvelles possibilités dans le domaine de la visite virtuelle 3D, en associant photoréalisme, immersion et navigation libre.
Qu'est-ce qu'une visite virtuelle en Gaussian Splatting ?
Une visite virtuelle Gaussian Splatting est une visite immersive dans laquelle l'environnement n'est plus constitué uniquement de panoramas photographiques.
Le lieu est reconstruit dans un véritable espace tridimensionnel.
L'utilisateur peut ainsi :
- avancer et reculer librement ;
- se déplacer latéralement ;
- modifier son point de vue ;
- observer un objet sous plusieurs angles ;
- s'approcher d'un détail architectural ;
- percevoir beaucoup plus naturellement les volumes et les distances.
La navigation se rapproche davantage d'une exploration 3D ou d'un jeu vidéo que d'une visite virtuelle composée de points panoramiques successifs.
Cette liberté de déplacement représente l'un des principaux avantages du Gaussian Splatting pour la visite virtuelle immersive.
Gaussian Splatting et visite virtuelle 360 : quelles différences ?
La visite virtuelle 360 traditionnelle repose sur des photographies panoramiques réalisées depuis plusieurs positions.
Depuis chaque panorama, l'utilisateur peut regarder librement autour de lui avec une très haute qualité d'image, puis se déplacer vers un autre point de vue.
Cette technique reste particulièrement performante lorsque l'objectif principal est d'obtenir une très haute définition photographique, avec une excellente compatibilité sur les ordinateurs, tablettes et smartphones.
Sa principale limite vient cependant de son fonctionnement : le visiteur reste positionné aux endroits exacts où les panoramas ont été photographiés.
Avec le Gaussian Splatting, l'espace lui-même est reconstruit en 3D.
L'utilisateur peut donc se déplacer entre les positions de prise de vue et choisir pratiquement librement son point d'observation.
La visite virtuelle 360 et le Gaussian Splatting ne sont donc pas nécessairement concurrents. Ils répondent à des usages différents et peuvent même être combinés au sein d'une même expérience.
La visite 360 conserve un avantage pour la très haute résolution photographique, tandis que le Gaussian Splatting est particulièrement intéressant lorsqu'on recherche une sensation de présence et une véritable compréhension des volumes.
Une technologie qui évolue très rapidement
Depuis l'apparition du 3D Gaussian Splatting en 2023, cette technologie connaît une évolution extrêmement rapide.
Les premières scènes Gaussian Splatting nécessitaient souvent des fichiers très volumineux. Une reconstruction complexe pouvait représenter plusieurs centaines de mégaoctets, voire plusieurs gigaoctets.
Cette taille constituait un obstacle important pour la diffusion de visites virtuelles 3D directement sur Internet.
Les formats de compression apparus depuis ont considérablement amélioré la situation.
Il est aujourd'hui possible de compresser fortement les données Gaussian Splatting tout en conservant une très bonne qualité visuelle.
Les lecteurs 3D modernes peuvent également utiliser des techniques de streaming et de Level of Detail (LOD).
Le principe consiste à ne charger que les données nécessaires en fonction de la position de l'utilisateur et de sa distance avec les différentes parties de la scène.
Les zones proches sont affichées avec beaucoup de détails tandis que les parties éloignées peuvent utiliser une représentation simplifiée.
Ces technologies permettent de diffuser des scènes de plus en plus importantes directement dans un navigateur Web, rendant cette technologie réellement exploitable pour créer des visites virtuelles 3D en ligne.
Comment réaliser une visite virtuelle en Gaussian Splatting ?
La création d'une modèle 3D Gaussian Splatting nécessite une captation photographique beaucoup plus importante qu'une visite 360 traditionnelle.
Pour réaliser un panorama 360, quelques photographies prises depuis un même emplacement, puis assemblées, peuvent suffire.
Pour reconstruire correctement un environnement en Gaussian Splatting, il faut au contraire photographier le lieu depuis un grand nombre de positions.
Les photographies doivent présenter un recouvrement important et l'environnement doit être photographié :
- sous différents angles ;
- à différentes distances ;
- à plusieurs hauteurs ;
- autour des objets et des éléments architecturaux.
Selon la taille et la complexité du site, une reconstruction peut nécessiter plusieurs centaines ou plusieurs milliers de photographies.
La préparation et la qualité de la prise de vue jouent donc un rôle essentiel dans le résultat final.
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Quels sont les défis du Gaussian Splatting ?
Malgré les progrès réalisés, le Gaussian Splatting présente encore certaines contraintes.
La première concerne la captation : une zone insuffisamment photographiée peut entraîner des trous, des éléments transparents ou une géométrie imprécise.
Certains types de surfaces restent également plus difficiles à reconstruire, c'est notamment le cas :
- des vitres ;
- des miroirs ;
- des surfaces très réfléchissantes ;
- des murs parfaitement uniformes ;
- de certaines zones de sol ;
- de la végétation en mouvement ;
- des personnes ou objets se déplaçant pendant la prise de vue.
Les scènes doivent donc être préparées et photographiées avec une méthodologie adaptée.
Une géométrie 3D de plus en plus précise
Les premiers algorithmes de Gaussian Splatting étaient principalement conçus pour reproduire le plus fidèlement possible les photographies utilisées lors de l'entraînement, une scène pouvait ainsi paraître très réaliste depuis les positions photographiées tout en présentant une géométrie imparfaite.
Les méthodes plus récentes peuvent intégrer des informations supplémentaires telles que :
- la profondeur ;
- les normales de surface ;
- des contraintes géométriques ;
- des informations provenant de nuages de points.
Ces données permettent d'obtenir des surfaces plus cohérentes et une reconstruction plus précise des bâtiments, des objets et des sols.
Les nouvelles techniques de rendu réduisent également les scintillements et les artefacts qui pouvaient apparaître lorsque l'utilisateur changeait fortement de distance par rapport aux gaussiennes.
Du Gaussian Splatting vers les meshes 3D
Une autre évolution importante concerne la relation entre Gaussian Splatting et maillage 3D.
Il devient aujourd'hui possible d'extraire ou de générer un mesh à partir de certaines reconstructions Gaussian Splatting.
Ces maillages ne remplacent pas nécessairement les gaussiennes pour l'affichage photoréaliste, mais ils peuvent apporter des informations géométriques très utiles.
Ils peuvent notamment servir pour :
- gérer les collisions pendant la navigation ;
- empêcher l'utilisateur de traverser les murs ;
- suivre précisément la surface du sol ;
- intégrer de nouveaux objets 3D ;
- effectuer certaines mesures ;
- préparer des applications de réalité virtuelle ou augmentée.
Une visite virtuelle peut donc associer le rendu photoréaliste du Gaussian Splatting et la géométrie d'un mesh 3D invisible utilisé pour les interactions.
Une technologie particulièrement adaptée au patrimoine et à l'architecture
La visite virtuelle en Gaussian Splatting présente un intérêt particulier lorsqu'il est important de comprendre l'organisation spatiale d'un lieu, elle peut notamment être utilisée pour :
- les monuments historiques ;
- les musées ;
- les sites patrimoniaux ;
- les bâtiments architecturaux ;
- l'immobilier ;
- les sites industriels ;
- le tourisme ;
- les expositions ;
- la documentation et l'archivage de lieux.
Dans ces domaines, la possibilité de parcourir librement l'environnement apporte une information supplémentaire par rapport à une succession de photographies ou de panoramas.
L'utilisateur ne regarde plus seulement le lieu : il comprend sa structure et ses volumes en le parcourant.
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Quel avenir pour le Gaussian Splatting ?
Le Gaussian Splatting est encore une technologie jeune et son évolution est particulièrement rapide.
Les développements actuels concernent notamment :
- la compression ;
- le streaming des grandes scènes ;
- les niveaux de détail ;
- l'amélioration de la géométrie ;
- l'éclairage des scènes ;
- la modification des gaussiennes ;
- l'animation ;
- les scènes dynamiques ;
- la génération de meshes ;
- la reconstruction de très grands environnements.
Les différences entre photographie, reconstruction 3D et rendu temps réel devraient donc continuer à se réduire.
Le Gaussian Splatting ne remplacera probablement pas toutes les visites virtuelles 360.
Le panorama reste une excellente solution lorsqu'on recherche avant tout une très haute définition photographique, une grande simplicité et une compatibilité maximale.
En revanche, lorsque la liberté de déplacement et la compréhension de l'espace sont prioritaires, le Gaussian Splatting constitue aujourd'hui l'une des évolutions les plus intéressantes de la visite virtuelle 3D.
Une nouvelle façon d'explorer les lieux à distance
La visite virtuelle évolue progressivement d'une succession de points de vue vers une véritable reproduction numérique des espaces.
Grâce au Gaussian Splatting, le visiteur peut parcourir librement un environnement réel tout en conservant l'aspect photoréaliste issu de la photographie.
Cette combinaison entre photographie, reconstruction 3D et rendu temps réel permet de créer des expériences beaucoup plus naturelles et immersives.
Architecture, patrimoine, tourisme, industrie ou immobilier : le Gaussian Splatting ouvre ainsi la voie à une nouvelle génération de visites virtuelles 3D photoréalistes et interactives.
