一、✨ 引言
随着三维重建技术的飞速发展，NeRF（Neural Radiance Fields）与 3D Gaussian Splatting（3DGS）等方法成为重建真实场景和物体几何细节的前沿方案。这些方法在大规模场景建模、机器人感知、文物数字化、工业检测等场景中展现出强大潜力。
然而，重建质量的上限不仅取决于算法本身，还深受数据质量的影响。尤其是在没有现成数据集的实际应用中，如何自行拍摄高质量图片与视频，成为实现精细重建的关键步骤。
本文将详细介绍：如何为3DGS、NeRF等方法采集高质量训练数据，从设备选择、轨迹设计、拍摄技巧到后处理流程，附图详解，助你构建稳定可靠的三维重建数据集。
二、 📸 设备与参数选择
| 参数 | 推荐设置 |
|---|---|
| 相机设备 | 手机（旗舰机型）、运动相机、大疆口袋云台 |
| 分辨率 | 4K（3840×2160）优选，最低 1080p |
| 帧率 | 30fps 或 60fps |
| 防抖功能 | 关闭电子防抖，避免帧间几何失真 |
| 曝光与对焦 | 手动锁定（固定光照更佳） |
| 拍摄格式 | MP4、MOV 等主流格式 |
三、🧭 相机运动轨迹设计
数据质量的核心来自 多角度且平滑的视差变化，合理轨迹设计可以显著提升3D重建的一致性和精度。
1. 圆形环绕（Circular Orbit）
- 路径：以目标为中心环绕一圈，始终面向目标。
- 用途：适合建模整体轮廓，确保每个侧面都被捕捉。
- 建议：拍摄时保持距离1.5~3米，高度保持不变。
2. “8”字形轨迹（Figure-Eight）
- 路径：模拟数字“8”，中间交叉点对准目标中心。
- 用途：增强视角多样性，闭环特性利于深度建模。
- 建议：行走更缓，辅助捕捉死角与细节。
📷 图示
上图展示了推荐轨迹在实际飞机场景中的应用：相机以圆形轨迹与8字轨迹交替穿插，从多个角度拍摄目标。
本图展示了围绕飞机模型推荐的两种关键拍摄轨迹：
① 圆形环绕（Circular Orbit）
轨迹说明：摄像头围绕目标（如飞机）沿圆形轨道移动，始终面向目标中心。
作用：
捕捉对象外形整体轮廓； 提供连续的多角度视差； 有助于COLMAP/3DGS等系统重建边缘曲面。操作建议：
半径保持在目标周围 1.5 ~ 3 米； 相机高度与目标中心持平，或轻微俯视； 行走速度缓慢匀速，建议控制在 0.3~0.5m/s； 建议拍摄时长：15~20 秒。
② “8”字轨迹（Figure-Eight）
轨迹说明：在目标周围走出“8”字形轨迹，同时保持摄像机始终朝向目标。
作用：
在多个方向捕捉目标特征，避免“死角”； 增强不同方向的视角覆盖，提升深度估计闭环一致性； 补充圆形环绕中无法准确重建的区域（如细节、内侧结构）。操作建议：
步伐更缓，保持中心交叉点在目标正前； 相机可适当上下移动，模拟不同拍摄高度； 建议拍摄时长：20~30 秒。
总体拍摄建议（配合图示）
| 要点 | 建议设置 |
|---|---|
| 距离目标 | 1.5～3 米，确保相机不会太近失焦 |
| 运动速度 | 0.3～0.5 米/秒，慢速匀速最佳 |
| 持机方式 | 手持稳定器或两手握紧保持稳定 |
| 曝光/焦点 | 全程锁定，避免曝光跳动 |
| 视频参数 | 4K 分辨率、30fps、关闭防抖 |
| 总帧数 | 提帧数量建议：300～1000 张之间 |
| 注意光照 | 自然光均匀、无强烈阴影或反光 |
补充说明（用于提升训练效果）
可在“圆形+8字”之后增加垂直视角变换：
抬高镜头从上方拍摄（模拟俯视）； 蹲下拍摄（模拟仰视）；如果目标是大型物体（如整架飞机），建议分段拍摄：
机头、机身、机翼、机尾分别拍摄并拼接训练；避免以下问题：
强光导致曝光失败； 相机剧烈抖动； 快速旋转/移动；
四、🎞 拍摄技巧与注意事项
| 项目 | 拍摄建议 |
|---|---|
| 相机距离 | 建议 1.5~3 米，避免过近产生畸变 |
| 移动速度 | 匀速 0.3~0.5 m/s，确保视差连续性 |
| 拍摄时长 | 每条轨迹约 20~30 秒 |
| 环境光照 | 均匀柔和，自然光最佳，避免阴影/反光 |
| 特征丰富性 | 地面、背景、目标应有足够纹理（非纯色墙面） |
| 动态物体 | 尽量避免行人、车辆等移动干扰 |
五、🧪 数据后处理流程
- 从视频中提帧（使用 ffmpeg）：
ffmpeg -i input.mp4 -vf "fps=10" frames/frame_%04d.jpg
检查与清洗帧：剔除模糊、曝光失败图像。
COLMAP 相机参数恢复：
colmap feature_extractor \
--database_path database.db \
--image_path frames \
--ImageReader.single_camera 1
colmap exhaustive_matcher \
--database_path database.db
mkdir sparse && colmap mapper \
--database_path database.db \
--image_path frames \
--output_path sparse
colmap model_converter \
--input_path sparse/0 \
--output_path sparse/0 \
--output_type TXT
- 3DGS 数据准备与训练示例：
# 安装工具链、准备 transforms.json（使用 convert_colmap.py）
python convert_colmap.py --input sparse/0 --output transforms.json
# 开始训练（以 3D Gaussian Splatting 为例）
python train.py --config configs/gaussian.yaml --data transforms.json
六、✅ 提升质量的额外建议
- 加入上下仰拍、顶视等俯仰角度拍摄：补充顶部/底部信息
- 拍摄顺序分段：大场景可拆解为多部分各自建模后拼接
- 使用三轴稳定器提升视频稳定性
- 若使用手机，可锁定 ISO、快门、焦点后再拍摄
七、📦 总结
优质的数据是高质量三维重建的前提。3DGS 与 NeRF 对相机轨迹与图像一致性要求极高，而合理的拍摄策略能显著减少训练误差、提升建模精度。
通过科学规划拍摄路径、控制移动节奏、保障光照环境，再结合自动化的后处理工具链，即使是普通手机也能采集出媲美专业设备的数据。
本文不仅提供了完整的图文指南，帮助你构建高质量、自主可控、易于训练的三维重建数据集，还补充了一键提帧、标注转换与训练指令，覆盖从采集到建模的每一步流程。如果对你有帮助可以一键三连，有问题的小伙伴也欢迎评论区进一步交流！！