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计算机科学 > 图形学

arXiv:2508.17480 (cs)
[提交于 2025年8月24日 ]

标题: 随机相位高斯波浪渲染用于计算机全息术

标题: Random-phase Gaussian Wave Splatting for Computer-generated Holography

Authors:Brian Chao, Jacqueline Yang, Suyeon Choi, Manu Gopakumar, Ryota Koiso, Gordon Wetzstein
摘要: 全息近眼显示器为虚拟和增强现实系统提供了超紧凑的外形尺寸,但依赖于先进的计算机生成全息(CGH)算法,将3D场景转换为可以在空间光调制器(SLMs)上显示的干涉图案。 高斯波 点绘制(GWS)最近作为一种强大的CGH范式出现,允许将高斯分布——一种最先进的神经3D表示——转换为全息图。 然而,GWS假设高斯基元上的相位分布是平滑的,限制了它们对视差相关效应的建模能力,并重建准确的离焦模糊,严重地未充分利用SLM的空域带宽乘积。 在本工作中,我们提出了随机相位GWS(GWS-RP)以提高带宽利用率,其效果是增加眼盒尺寸,重建准确的离焦模糊和视差,并支持时间复用渲染以抑制散斑伪影。 GWS-RP的核心包括(1)一种根本性的新的波前合成过程和(2)一种专门为随机相位高斯基元设计的alpha混合方案,确保物理正确的颜色重建和鲁棒的遮挡处理。 此外,我们提出了第一个正式推导的将随机相位应用于高斯基元的算法,基于严格的统计光学分析,并通过实际的近眼显示器应用进行了验证。 通过广泛的仿真和实验验证,我们证明这些进步,结合时间复用,唯一地实现了全带宽光场CGH,支持准确的视差和离焦,产生了最先进的图像质量和感知真实的3D全息图,适用于下一代近眼显示器。
摘要: Holographic near-eye displays offer ultra-compact form factors for virtual and augmented reality systems, but rely on advanced computer-generated holography (CGH) algorithms to convert 3D scenes into interference patterns that can be displayed on spatial light modulators (SLMs). Gaussian Wave Splatting (GWS) has recently emerged as a powerful CGH paradigm that allows for the conversion of Gaussians, a state-of-the-art neural 3D representation, into holograms. However, GWS assumes smooth-phase distributions over the Gaussian primitives, limiting their ability to model view-dependent effects and reconstruct accurate defocus blur, and severely under-utilizing the space-bandwidth product of the SLM. In this work, we propose random-phase GWS (GWS-RP) to improve bandwidth utilization, which has the effect of increasing eyebox size, reconstructing accurate defocus blur and parallax, and supporting time-multiplexed rendering to suppress speckle artifacts. At the core of GWS-RP are (1) a fundamentally new wavefront compositing procedure and (2) an alpha-blending scheme specifically designed for random-phase Gaussian primitives, ensuring physically correct color reconstruction and robust occlusion handling. Additionally, we present the first formally derived algorithm for applying random phase to Gaussian primitives, grounded in rigorous statistical optics analysis and validated through practical near-eye display applications. Through extensive simulations and experimental validations, we demonstrate that these advancements, collectively with time-multiplexing, uniquely enables full-bandwith light field CGH that supports accurate accurate parallax and defocus, yielding state-of-the-art image quality and perceptually faithful 3D holograms for next-generation near-eye displays.
主题: 图形学 (cs.GR) ; 硬件架构 (cs.AR); 图像与视频处理 (eess.IV); 信号处理 (eess.SP); 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2508.17480 [cs.GR]
  (或者 arXiv:2508.17480v1 [cs.GR] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.17480
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Brian Chao [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2025 年 8 月 24 日 18:08:59 UTC (15,768 KB)
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