神经隐式功能最近显示了来自多个视图的表面重建的有希望的结果。但是，当重建无限或复杂的场景时，当前的方法仍然遭受过度复杂性和稳健性不佳。在本文中，我们介绍了RegSDF，这表明适当的点云监督和几何正规化足以产生高质量和健壮的重建结果。具体而言，RegSDF将额外的定向点云作为输入，并优化了可区分渲染框架内的签名距离字段和表面灯场。我们还介绍了这两个关键的正规化。第一个是在给定嘈杂和不完整输入的整个距离字段中平稳扩散签名距离值的Hessian正则化。第二个是最小的表面正则化，可紧凑并推断缺失的几何形状。大量实验是在DTU，BlendenDMV以及储罐和寺庙数据集上进行的。与最近的神经表面重建方法相比，RegSDF即使对于具有复杂拓扑和非结构化摄像头轨迹的开放场景，RegSDF也能够重建表面。

获取房间规模场景的高质量3D重建对于即将到来的AR或VR应用是至关重要的。这些范围从混合现实应用程序进行电话会议，虚拟测量，虚拟房间刨，到机器人应用。虽然使用神经辐射场（NERF）的基于卷的视图合成方法显示有希望再现对象或场景的外观，但它们不会重建实际表面。基于密度的表面的体积表示在使用行进立方体提取表面时导致伪影，因为在优化期间，密度沿着射线累积，并且不在单个样本点处于隔离点。我们建议使用隐式函数（截短的签名距离函数）来代表表面来代表表面。我们展示了如何在NERF框架中纳入此表示，并将其扩展为使用来自商品RGB-D传感器的深度测量，例如Kinect。此外，我们提出了一种姿势和相机细化技术，可提高整体重建质量。相反，与集成NERF的深度前瞻性的并发工作，其专注于新型视图合成，我们的方法能够重建高质量的韵律3D重建。

In this work we address the challenging problem of multiview 3D surface reconstruction. We introduce a neural network architecture that simultaneously learns the unknown geometry, camera parameters, and a neural renderer that approximates the light reflected from the surface towards the camera. The geometry is represented as a zero level-set of a neural network, while the neural renderer, derived from the rendering equation, is capable of (implicitly) modeling a wide set of lighting conditions and materials. We trained our network on real world 2D images of objects with different material properties, lighting conditions, and noisy camera initializations from the DTU MVS dataset. We found our model to produce state of the art 3D surface reconstructions with high fidelity, resolution and detail.

尽管通过自学意识到，基于多层感知的方法在形状和颜色恢复方面取得了令人鼓舞的结果，但在学习深层隐式表面表示方面通常会遭受沉重的计算成本。由于渲染每个像素需要一个向前的网络推断，因此合成整个图像是非常密集的。为了应对这些挑战，我们提出了一种有效的粗到精细方法，以从本文中从多视图中恢复纹理网格。具体而言，采用可区分的泊松求解器来表示对象的形状，该求解器能够产生拓扑 - 敏捷和水密表面。为了说明深度信息，我们通过最小化渲染网格与多视图立体声预测深度之间的差异来优化形状几何形状。与形状和颜色的隐式神经表示相反，我们引入了一种基于物理的逆渲染方案，以共同估计环境照明和对象的反射率，该方案能够实时呈现高分辨率图像。重建的网格的质地是从可学习的密集纹理网格中插值的。我们已经对几个多视图立体数据集进行了广泛的实验，其有希望的结果证明了我们提出的方法的功效。该代码可在https://github.com/l1346792580123/diff上找到。

我们介绍了一种新的神经表面重建方法，称为Neus，用于重建具有高保真的对象和场景，从2D图像输入。现有的神经表面重建方法，例如DVR和IDR，需要前景掩模作为监控，容易被捕获在局部最小值中，因此与具有严重自动遮挡或薄结构的物体的重建斗争。同时，新型观测合成的最近神经方法，例如Nerf及其变体，使用体积渲染来产生具有优化的稳健性的神经场景表示，即使对于高度复杂的物体。然而，从该学习的内隐式表示提取高质量表面是困难的，因为表示表示没有足够的表面约束。在Neus中，我们建议将表面代表为符号距离功能（SDF）的零级集，并开发一种新的卷渲染方法来训练神经SDF表示。我们观察到传统的体积渲染方法导致表面重建的固有的几何误差（即偏置），因此提出了一种新的制剂，其在第一阶的第一阶偏差中没有偏置，因此即使没有掩码监督，也导致更准确的表面重建。 DTU数据集的实验和BlendedMVS数据集显示，Neus在高质量的表面重建中优于最先进的，特别是对于具有复杂结构和自动闭塞的物体和场景。

With the success of neural volume rendering in novel view synthesis, neural implicit reconstruction with volume rendering has become popular. However, most methods optimize per-scene functions and are unable to generalize to novel scenes. We introduce VolRecon, a generalizable implicit reconstruction method with Signed Ray Distance Function (SRDF). To reconstruct with fine details and little noise, we combine projection features, aggregated from multi-view features with a view transformer, and volume features interpolated from a coarse global feature volume. A ray transformer computes SRDF values of all the samples along a ray to estimate the surface location, which are used for volume rendering of color and depth. Extensive experiments on DTU and ETH3D demonstrate the effectiveness and generalization ability of our method. On DTU, our method outperforms SparseNeuS by about 30% in sparse view reconstruction and achieves comparable quality as MVSNet in full view reconstruction. Besides, our method shows good generalization ability on the large-scale ETH3D benchmark. Project page: https://fangjinhuawang.github.io/VolRecon.

我们提出了GO-SURF，这是一种直接特征网格优化方法，可从RGB-D序列进行准确和快速的表面重建。我们用学习的分层特征素网格对基础场景进行建模，该网络封装了多级几何和外观本地信息。特征向量被直接优化，使得三线性插值后，由两个浅MLP解码为签名的距离和辐射度值，并通过表面体积渲染渲染，合成和观察到的RGB/DEPTH值之间的差异最小化。我们的监督信号-RGB，深度和近似SDF可以直接从输入图像中获得，而无需融合或后处理。我们制定了一种新型的SDF梯度正则化项，该项鼓励表面平滑度和孔填充，同时保持高频细节。 GO-SURF可以优化$ 1 $ - $ 2 $ K框架的序列，价格为$ 15 $ - $ 45 $分钟，$ \ times60 $的速度超过了NeuralRGB-D，这是基于MLP表示的最相关的方法，同时保持PAR性能在PAR上的性能标准基准。项目页面：https：//jingwenwang95.github.io/go_surf/

神经隐式表面已成为多视图3D重建的重要技术，但它们的准确性仍然有限。在本文中，我们认为这来自难以学习和呈现具有神经网络的高频纹理。因此，我们建议在不同视图中添加标准神经渲染优化直接照片一致性术语。直观地，我们优化隐式几何体，以便以一致的方式扭曲彼此的视图。我们证明，两个元素是这种方法成功的关键：（i）使用沿着每条光线的预测占用和3D点的预测占用和法线来翘曲整个补丁，并用稳健的结构相似度测量它们的相似性; （ii）以这种方式处理可见性和遮挡，使得不正确的扭曲不会给出太多的重要性，同时鼓励重建尽可能完整。我们评估了我们的方法，在标准的DTU和EPFL基准上被称为NeuralWarp，并表明它在两个数据集上以超过20％重建的艺术态度优于未经监督的隐式表面。

在许多计算机视觉和图形应用程序中，从2D图像重建3D室内场景是一项重要任务。这项任务中的一个主要挑战是，典型的室内场景中的无纹理区域使现有方法难以产生令人满意的重建结果。我们提出了一种名为Neuris的新方法，以高质量地重建室内场景。 Neuris的关键思想是将估计的室内场景正常整合为神经渲染框架中的先验，以重建大型无纹理形状，并且重要的是，以适应性的方式进行此操作，以便重建不规则的形状，并具有很好的细节。 。具体而言，我们通过检查优化过程中重建的多视图一致性来评估正常先验的忠诚。只有被接受为忠实的正常先验才能用于3D重建，通常发生在平滑形状的区域中，可能具有弱质地。但是，对于那些具有小物体或薄结构的区域，普通先验通常不可靠，我们只能依靠输入图像的视觉特征，因为此类区域通常包含相对较丰富的视觉特征（例如，阴影变化和边界轮廓）。广泛的实验表明，在重建质量方面，Neuris明显优于最先进的方法。

从嘈杂，不均匀和无知点云中的表面重建是计算机视觉和图形中的一个令人迷人但具有挑战性的问题。随着3D扫描技术的创新，强烈希望直接转换原始扫描数据，通常具有严重噪声，进入歧管三角网格。现有的基于学习的方法旨在学习零级曲面对底层形状进行的隐式功能。然而，大多数人都无法获得嘈杂和稀疏点云的理想结果，限制在实践中。在本文中，我们介绍了神经IML，一种新的方法，它直接从未引起的原始点云学习抗噪声符号距离功能（SDF）。通过最大限度地减少由隐式移动最小二乘函数获得的损耗，我们的方法通过最小化了自我监督的方式，从原始点云中从原始点云中的底层SDF，而不是明确地学习前提。 （IML）和我们的神经网络另一个，我们的预测器的梯度定义了便于计算IML的切线束。我们证明，当几个SDFS重合时，我们的神经网络可以预测符号隐式功能，其零电平集用作底层表面的良好近似。我们对各种基准进行广泛的实验，包括合成扫描和现实世界扫描，以表现出从各种投入重建忠实形状的能力，特别是对于具有噪音或间隙的点云。

虚拟内容创建和互动在现代3D应用中起着重要作用，例如AR和VR。从真实场景中恢复详细的3D模型可以显着扩大其应用程序的范围，并在计算机视觉和计算机图形社区中进行了数十年的研究。我们提出了基于体素的隐式表面表示Vox-Surf。我们的Vox-Surf将空间分为有限的体素。每个体素将几何形状和外观信息存储在其角顶点。 Vox-Surf得益于从体素表示继承的稀疏性，几乎适用于任何情况，并且可以轻松地从多个视图图像中训练。我们利用渐进式训练程序逐渐提取重要体素，以进一步优化，以便仅保留有效的体素，从而大大减少了采样点的数量并增加了渲染速度。细素还可以视为碰撞检测的边界量。该实验表明，与其他方法相比，Vox-Surf表示可以学习精致的表面细节和准确的颜色，并以更少的记忆力和更快的渲染速度来学习。我们还表明，Vox-Surf在场景编辑和AR应用中可能更实用。

由于其成功在从稀疏的输入图像集合中合成了场景的新颖视图，最近越来越受欢迎。到目前为止，通过通用密度函数建模了神经体积渲染技术的几何形状。此外，使用通向嘈杂的任意水平函数的任意水平集合来提取几何形状本身，通常是低保真重建。本文的目标是改善神经体积渲染中的几何形象和重建。我们通过将体积密度建模为几何形状来实现这一点。这与以前的工作与体积密度的函数建模几何。更详细地，我们将音量密度函数定义为Laplace的累积分发功能（CDF）应用于符号距离功能（SDF）表示。这种简单的密度表示有三个好处：（i）它为神经体积渲染过程中学到的几何形状提供了有用的电感偏差; （ii）它促进了缺陷近似误差的束缚，导致观看光线的准确采样。精确的采样对于提供几何和光线的精确耦合非常重要; （iii）允许高效无监督的脱位形状和外观在体积渲染中。将此新密度表示应用于具有挑战性的场景多视图数据集生产了高质量的几何重建，表现优于相关的基线。此外，由于两者的解剖学，场景之间的切换形状和外观是可能的。

Recent methods for neural surface representation and rendering, for example NeuS, have demonstrated remarkably high-quality reconstruction of static scenes. However, the training of NeuS takes an extremely long time (8 hours), which makes it almost impossible to apply them to dynamic scenes with thousands of frames. We propose a fast neural surface reconstruction approach, called NeuS2, which achieves two orders of magnitude improvement in terms of acceleration without compromising reconstruction quality. To accelerate the training process, we integrate multi-resolution hash encodings into a neural surface representation and implement our whole algorithm in CUDA. We also present a lightweight calculation of second-order derivatives tailored to our networks (i.e., ReLU-based MLPs), which achieves a factor two speed up. To further stabilize training, a progressive learning strategy is proposed to optimize multi-resolution hash encodings from coarse to fine. In addition, we extend our method for reconstructing dynamic scenes with an incremental training strategy. Our experiments on various datasets demonstrate that NeuS2 significantly outperforms the state-of-the-arts in both surface reconstruction accuracy and training speed. The video is available at https://vcai.mpi-inf.mpg.de/projects/NeuS2/ .

Neural implicit 3D representations have emerged as a powerful paradigm for reconstructing surfaces from multiview images and synthesizing novel views. Unfortunately, existing methods such as DVR or IDR require accurate perpixel object masks as supervision. At the same time, neural radiance fields have revolutionized novel view synthesis. However, NeRF's estimated volume density does not admit accurate surface reconstruction. Our key insight is that implicit surface models and radiance fields can be formulated in a unified way, enabling both surface and volume rendering using the same model. This unified perspective enables novel, more efficient sampling procedures and the ability to reconstruct accurate surfaces without input masks. We compare our method on the DTU, BlendedMVS, and a synthetic indoor dataset. Our experiments demonstrate that we outperform NeRF in terms of reconstruction quality while performing on par with IDR without requiring masks.

我们介绍了Sparseneus，这是一种基于神经渲染的新方法，用于从多视图图像中进行表面重建的任务。当仅提供稀疏图像作为输入时，此任务变得更加困难，这种情况通常会产生不完整或失真的结果。此外，他们无法概括看不见的新场景会阻碍他们在实践中的应用。相反，Sparseneus可以概括为新场景，并与稀疏的图像（仅2或3）良好合作。 Sparseneus采用签名的距离函数（SDF）作为表面表示，并通过引入代码编码通用表面预测的几何形状来从图像特征中学习可概括的先验。此外，引入了几种策略，以有效利用稀疏视图来进行高质量重建，包括1）多层几何推理框架以粗略的方式恢复表面； 2）多尺度的颜色混合方案，以实现更可靠的颜色预测； 3）一种一致性意识的微调方案，以控制由遮挡和噪声引起的不一致区域。广泛的实验表明，我们的方法不仅胜过最先进的方法，而且表现出良好的效率，可推广性和灵活性。

图像中的3D重建在虚拟现实和自动驾驶中具有广泛的应用，在此精确要求非常高。通过利用多层感知，在神经辐射场（NERF）中进行的突破性研究已大大提高了3D对象的表示质量。后来的一些研究通过建立截短的签名距离场（TSDF）改善了NERF，但仍遭受3D重建中表面模糊的问题。在这项工作中，通过提出一种新颖的3D形状表示方式Omninerf来解决这种表面歧义。它基于训练Omni方向距离场（ODF）和神经辐射场的混合隐式场，用全向信息代替NERF中的明显密度。此外，我们在深度图上介绍了其他监督，以进一步提高重建质量。该提出的方法已被证明可以有效处理表面重建边缘的NERF缺陷，从而提供了更高质量的3D场景重建结果。

在本文中，我们解决了多视图3D形状重建的问题。尽管最近与隐式形状表示相关的最新可区分渲染方法提供了突破性的表现，但它们仍然在计算上很重，并且在估计的几何形状上通常缺乏精确性。为了克服这些局限性，我们研究了一种基于体积的新型表示形式建立的新计算方法，就像在最近的可区分渲染方法中一样，但是用深度图进行了参数化，以更好地实现形状表面。与此表示相关的形状能量可以评估给定颜色图像的3D几何形状，并且不需要外观预测，但在优化时仍然受益于体积整合。在实践中，我们提出了一个隐式形状表示，SRDF基于签名距离，我们通过沿摄像头射线进行参数化。相关的形状能量考虑了深度预测一致性和光度一致性之间的一致性，这是在体积表示内的3D位置。可以考虑各种照片一致先验的基础基线，或者像学习功能一样详细的标准。该方法保留具有深度图的像素准确性，并且可行。我们对标准数据集进行的实验表明，它提供了有关具有隐式形状表示的最新方法以及传统的多视角立体方法的最新结果。

We propose a differentiable sphere tracing algorithm to bridge the gap between inverse graphics methods and the recently proposed deep learning based implicit signed distance function. Due to the nature of the implicit function, the rendering process requires tremendous function queries, which is particularly problematic when the function is represented as a neural network. We optimize both the forward and backward passes of our rendering layer to make it run efficiently with affordable memory consumption on a commodity graphics card. Our rendering method is fully differentiable such that losses can be directly computed on the rendered 2D observations, and the gradients can be propagated backwards to optimize the 3D geometry. We show that our rendering method can effectively reconstruct accurate 3D shapes from various inputs, such as sparse depth and multi-view images, through inverse optimization. With the geometry based reasoning, our 3D shape prediction methods show excellent generalization capability and robustness against various noises. * Work done while Shaohui Liu was an academic guest at ETH Zurich.

神经隐式表示在新的视图合成和来自多视图图像的高质量3D重建方面显示了其有效性。但是，大多数方法都集中在整体场景表示上，但忽略了其中的各个对象，从而限制了潜在的下游应用程序。为了学习对象组合表示形式，一些作品将2D语义图作为训练中的提示，以掌握对象之间的差异。但是他们忽略了对象几何和实例语义信息之间的牢固联系，这导致了单个实例的不准确建模。本文提出了一个新颖的框架ObjectsDF，以在3D重建和对象表示中构建具有高保真度的对象复合神经隐式表示。观察常规音量渲染管道的歧义，我们通过组合单个对象的签名距离函数（SDF）来对场景进行建模，以发挥明确的表面约束。区分不同实例的关键是重新审视单个对象的SDF和语义标签之间的牢固关联。特别是，我们将语义信息转换为对象SDF的函数，并为场景和对象开发统一而紧凑的表示形式。实验结果表明，ObjectSDF框架在表示整体对象组合场景和各个实例方面的优越性。可以在https://qianyiwu.github.io/objectsdf/上找到代码

We present a novel neural surface reconstruction method called NeuralRoom for reconstructing room-sized indoor scenes directly from a set of 2D images. Recently, implicit neural representations have become a promising way to reconstruct surfaces from multiview images due to their high-quality results and simplicity. However, implicit neural representations usually cannot reconstruct indoor scenes well because they suffer severe shape-radiance ambiguity. We assume that the indoor scene consists of texture-rich and flat texture-less regions. In texture-rich regions, the multiview stereo can obtain accurate results. In the flat area, normal estimation networks usually obtain a good normal estimation. Based on the above observations, we reduce the possible spatial variation range of implicit neural surfaces by reliable geometric priors to alleviate shape-radiance ambiguity. Specifically, we use multiview stereo results to limit the NeuralRoom optimization space and then use reliable geometric priors to guide NeuralRoom training. Then the NeuralRoom would produce a neural scene representation that can render an image consistent with the input training images. In addition, we propose a smoothing method called perturbation-residual restrictions to improve the accuracy and completeness of the flat region, which assumes that the sampling points in a local surface should have the same normal and similar distance to the observation center. Experiments on the ScanNet dataset show that our method can reconstruct the texture-less area of indoor scenes while maintaining the accuracy of detail. We also apply NeuralRoom to more advanced multiview reconstruction algorithms and significantly improve their reconstruction quality.