用於形狀精確三維感知影像合成的著色引導生成隱式模型 | NeurIPS2021
- 2022 年 1 月 24 日
- AI

編譯 | 莓酊


神經體繪製
生成三維感知影像合成
從2D影像進行無監督的3D形狀學習

3.1 神經輻射場的初步研究
取三維坐標
和觀察方向
作為輸入,並輸出體積密
和顏色
。為了在給定的相機姿勢下渲染影像,通過沿其對應的相機光線
的體繪製獲得影像的每個像素顏色C,如下所示:
3.2著色引導生成隱式模型
中取樣的潛在編碼z。其次,它不直接輸出顏色c,而是輸出可重新點亮的前餘弦顏色項
。
取坐標x、觀察方向d和潛在方向編碼z作為輸入,並輸出體積密度σ和前餘弦顏色a。注意,這裡σ獨立於d,而a對d的依賴是可選的。為了獲得相機光線
的顏色C,近界和遠界
和
,研究團隊通過以下方式計算最終的前餘弦顏色A:

是體積密度σ相對於其輸入坐標的導數,它自然捕捉局部法線方向,並可通過反向傳播計算。然後通過Lambertian著色獲得最終顏色C,如下所示:
是照明方向,
和
是環境係數和漫反射係數。
渲染像素顏色的過程。生成完整影像
要求除潛在編碼z外,還需對攝像姿勢
和照明條件μ進行取樣,即
。
可以用俯仰角和偏航角來描述,並從先前的高斯分布或均勻分布
中取樣,正如在以前的工作中所做的一樣。在訓練過程中隨機取樣相機姿勢將激發學習的3D場景從不同角度看起來逼真。雖然這種多視圖約束有利於學習有效的三維表示,但它通常不足以推斷準確的三維對象形狀。
中隨機取樣照明條件μ來進一步引入多重照明約束。實際上,可以使用現有方法從數據集估算
。在實驗中,一個簡單且手動調整的先驗分布也可以產生合理結果。由於等式(4)中的漫反射項
導致著色過程對法線方向敏感,該多重照明約束將使模型正則化,學習產生自然著色的更精確3D形狀。
和
中取樣潛在編碼z、相機姿勢
和照明條件μ來生成假影像
讓l表示從數據分布pI中取樣的真實影像。用
正則化的非飽和GAN損耗來訓練ShadeGAN模型:
λ 控制正則化強度。

在物體表面附近趨於較大。3.3通過曲面跟蹤實現高效體繪製


和潛在編碼z,可以渲染全深度貼圖
。如上圖(b)所示,使用表面跟蹤網路
模擬
,這是一個以z,
為輸入並輸出深度圖的輕量級卷積神經網路。深度模擬損失為:
更好地捕捉表面邊緣的感知損失。
與發生器和鑒別器一起進行優化。每次在取樣一個潛在編碼z和一個相機姿勢
之後,可以得到深度貼圖的初始猜測
。
和遠界
,
是體積渲染的間隔,該間隔隨著訓練迭代i的增長而減小。
並減小到
。像
減少時,用於渲染m的點數也相應減少。與生成器相比,高效的曲面跟蹤網路的計算成本是微乎其微的,因為前者只需要一次前向過程來渲染影像,而後者將被查詢H × W × m 次。因此,m的減少將顯著加快ShadeGAN的訓練和推理速度。
的多元高斯分布作為先驗。消融研究中還包括手工製作的先驗分布。除非另有說明,否則在所有實驗中,讓前餘弦顏色a取決於照明條件μ以及觀察方向d。與基準線進行比較


消融研究
是有益的。

光照感知影像合成
,以創建鏡面反射高光效果。
GAN反演

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