实时3D重建：Gaussian Splatting移动优化

# 安装Vulkan SDK
wget https://sdk.lunarg.com/sdk/download/1.3.231.1/linux/vulkan-sdk-1.3.231.1-x86_64.tar.gz
tar -xvf vulkan-sdk-1.3.231.1-x86_64.tar.gz
export VULKAN_SDK=/path/to/VulkanSDK/1.3.231.1/x86_64
export PATH=$VULKAN_SDK/bin:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=$VULKAN_SDK/lib:$LD_LIBRARY_PATH

# 安装Android Studio和NDK
# （通过Android Studio官方指导进行安装）

// 高斯分布数据结构定义
struct Gaussian {
    // 位置（量化后的16位整数）
    glm::i16vec3 position;
    
    // 协方差矩阵（对角线元素，量化后的16位整数）
    glm::i16vec3 covariance_diag;
    
    // RGB颜色（8位整数）
    glm::u8vec3 color;
    
    // 不透明度（8位整数，0-255）
    uint8_t opacity;
    
    // 预计算的投影参数
    float depth_range[2]; // 深度范围
};

// 高斯分布裁剪函数
bool shouldCullGaussian(const Gaussian& g, const Camera& camera) {
    // 视锥体裁剪
    if (!camera.isInFrustum(g.position)) {
        return true;
    }
    
    // 不透明度裁剪
    if (g.opacity < 30) { // 阈值可根据场景调整
        return true;
    }
    
    // 距离裁剪
    float distance = glm::length(camera.position - glm::vec3(g.position) / 1000.0f); // 转换回浮点坐标
    if (distance > 50.0f) { // 远距离裁剪
        return true;
    }
    
    return false;
}

// 计算着色器：高斯分布累积
#version 450
#extension GL_KHR_parallel_shader_execution : enable

layout(binding = 0) readonly buffer Gaussians {
    Gaussian gaussians[];
};

layout(binding = 1) readonly buffer ViewProj {
    mat4 view_proj_matrix;
};

layout(binding = 2) writeonly buffer PixelBuffer {
    vec4 pixels[];
};

layout(push_constant) uniform Constants {
    uint width;
    uint height;
} constants;

// 高斯函数实现
float gaussian(float x, float mu, float sigma) {
    return exp(-0.5 * pow((x - mu) / sigma, 2)) / (sigma * sqrt(6.28318530718));
}

void main() {
    // 计算当前线程处理的像素坐标
    uvec2 pixel_coord = uvec2(gl_GlobalInvocationID.xy);
    if (pixel_coord.x >= constants.width || pixel_coord.y >= constants.height) {
        return;
    }
    
    // 初始化像素颜色和透射率
    vec4 color_accum = vec4(0.0);
    float transmittance = 1.0;
    
    // 遍历高斯分布（实际中需优化为更高效的方式）
    for (uint i = 0; i < gaussians.length(); ++i) {
        Gaussian g = gaussians[i];
        
        // 裁剪无贡献的高斯
        if (shouldCullGaussian(g)) {
            continue;
        }
        
        // 计算高斯在当前像素的贡献
        vec3 pos = vec3(g.position) / 1000.0; // 转换为浮点坐标
        vec2 proj_pos = (view_proj_matrix * vec4(pos, 1.0)).xy;
        proj_pos = proj_pos * 0.5 + 0.5; // 转换到[0,1]范围
        
        // 检查是否在当前像素附近
        if (abs(proj_pos.x - (pixel_coord.x + 0.5)/constants.width) > 0.02 ||
            abs(proj_pos.y - (pixel_coord.y + 0.5)/constants.height) > 0.02) {
            continue;
        }
        
        // 计算高斯在X和Y方向的值
        float sigma_x = g.covariance_diag.x / 1000.0; // 转换为浮点
        float sigma_y = g.covariance_diag.y / 1000.0;
        float dx = (pixel_coord.x + 0.5)/constants.width - proj_pos.x;
        float dy = (pixel_coord.y + 0.5)/constants.height - proj_pos.y;
        float gs_x = gaussian(dx, 0.0, sigma_x);
        float gs_y = gaussian(dy, 0.0, sigma_y);
        
        // 计算当前高斯的贡献
        float weight = gs_x * gs_y * (g.opacity / 255.0);
        vec3 color = vec3(g.color) / 255.0;
        
        // 更新颜色累积和透射率
        color_accum.rgb += transmittance * weight * color;
        color_accum.a += transmittance * weight;
        transmittance *= (1.0 - weight);
    }
    
    // 写入最终像素颜色
    pixels[pixel_coord.y * constants.width + pixel_coord.x] = color_accum;
}