在三维重建与实时渲染领域，3D Gaussian Splatting(以下简称 3DGS)成为近年来炙手可热的技术之一。本文将从开源框架解析 出发，剖析其核心模块与思路。
什么是3D Gaussian Splatting？
简单来说，3DGS是一种将场景用大量**3D 高斯体(ellipsoids)**来表示的显式辐射场(Radiance Field)技术。
- 每一个Gaussian(高斯体)具备：位置(x,y,z)、协方差矩阵(描述形状/方向/尺度)、颜色(RGB)、透明度(α)等属性。
- 渲染时，这些高斯体被 "splat"(散射／点绘)到屏幕空间：即每‐体在屏幕上投影为一个椭圆或模糊斑点，累加得出像素颜色与透明度。
- 与传统网格(三角形)或隐式神经表示(如NeRF)相比，3DGS在实时渲染、高保真Novel View Synthesis(新视角渲染)上具备显著优势。
核心模块与实现思路
下面从架构与模块维度，拆解一个用Three.js框架加载以及渲染的过程，以理解其核心逻辑与在现代WebGL渲染体系中的落地方式。
1、数据输入与Scene初始化
目前最常见的3DGS数据格式是点云文件(.PLY)或自定义的.SPLAT/.KSPLAT 。
加载的流程通常包括以下步骤：
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解析输入数据：将每个点或点云块映射为Gaussian对象，包含属性：
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位置(Position)
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协方差矩阵(Covariance，用于描述形状与方向)
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颜色(RGB)
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透明度(α)
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生成初始Buffer数据：为后续GPU上传准备好线性数组或结构化纹理。
2、渲染准备与排序体系
在正式渲染之前，框架会执行一系列准备工作，用以保证透明度正确混合、绘制顺序合理及性能稳定。
（1）距离计算
每帧更新时，系统需计算Camera与每个Gaussian中心的距离(或深度Z值)，作为透明排序与LOD依据。
（2）透明排序(Sorting)
高斯体通常半透明(具有α通道)，因此绘制顺序直接影响最终颜色混合结果。常用做法：
- **CPU排序：**直接在 JS 层执行快速排序，适合中小场景；
- WASM+SIMD排序： 使用WASM模块进行距离排序，显著提升性能。
（3）剔除(Culling)
通过视锥剔除、遮挡剔除或LOD简化去除不可见或贡献极低的 Gaussian，减少渲染压力。
（4）GPU数据准备
将属性(位置、协方差、颜色、透明度等)打包为：
- InstancedBufferAttribute
- Texture Buffer
（5）实例化绘制(Instancing)
GPU端批量绘制高斯体实例，通常"一次Draw调用"即可渲染成千上万个 Gaussian。
（6）Shader细化
在Vertex与Fragment Shader中完成以下逻辑：
- 将Gaussian中心投影至屏幕空间；
- 根据协方差矩阵计算椭圆投影形状(Ellipsoid → Screen)；
- 按EWA(Elliptical Weighted Average)或近似算法进行加权混合；
3、渲染主流程
整体渲染逻辑可概括为以下步骤：
（1）从Camera获取矩阵
- 提取
ViewMatrix与ProjectionMatrix，传入Shader。
(2) 刷新可见列表
- 根据相机位置、可视范围及LOD策略，生成当前帧的可见Gaussian索引。
（3）上传属性Buffer
- 将Gaussian属性同步至GPU；
- 如数据无变化，则复用上一帧的Buffer以减少传输。
（4）执行绘制(Instanced Draw)
- 调用
drawArraysInstanced或drawElementsInstanced； - 在Shader中计算每个Gaussian的屏幕椭圆投影并进行混合。
Mapmost的支持
Mapmost SDK for WebGL 本身是一个高性能的地理三维可视化引擎 ，通过参考Three.js的3DGS渲染实现 ，在其原有的地理场景管理和GPU渲染框架基础上，扩展了对3DGS数据的加载与渲染支持。
具体来说，框架在加载阶段解析.PLY或.SPLAT文件，将点云数据转换为高斯体对象，并构建GPU Buffer；同时利用WASM模块加速相机空间距离计算与透明度排序 ，确保在高密度点云下仍能保持正确的深度混合。
在GPU渲染阶段，框架通过Instanced Draw批量绘制上百万个高斯体 ，Shader层实现EWA投影与α混合 ，呈现出柔和连续的体积光照与真实的景深效果。
这一改进使得Mapmost SDK能够在WebGL环境中实现与Three.js同级的3DGS实时渲染性能，同时兼具地理坐标体系与多源数据管理能力，为地理级3D重建与在线渲染提供了完整支持。
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