提出了未校准的光度立体声，以估计不同且未知的灯光下图像的详细表面正常表面。最近，深度学习为这个不确定的问题带来了强大的数据研究。本文提出了一种用于深度未校准光度立体声的新方法，该方法有效地利用了图像间表示来指导正常估计。先前的方法使用基于优化的神经逆渲染或单个尺寸无关的池层来处理多个输入，这对于在输入图像之间使用信息效率低下。给定不同照明下的多图像，我们考虑了高度相关的内图像和图像间变化。由相关变化的动机，我们设计了一个Intra图像特征融合模块，以将图像间表示引入每个图像特征提取中。额外的表示用于指导每位特征提取并消除正常估计中的歧义。我们演示了设计对广泛样品的影响，尤其是对黑暗材料。与合成数据和真实数据的最新方法相比，我们的方法产生的结果明显好。

Photometric stereo recovers the surface normals of an object from multiple images with varying shading cues, i.e., modeling the relationship between surface orientation and intensity at each pixel. Photometric stereo prevails in superior per-pixel resolution and fine reconstruction details. However, it is a complicated problem because of the non-linear relationship caused by non-Lambertian surface reflectance. Recently, various deep learning methods have shown a powerful ability in the context of photometric stereo against non-Lambertian surfaces. This paper provides a comprehensive review of existing deep learning-based calibrated photometric stereo methods. We first analyze these methods from different perspectives, including input processing, supervision, and network architecture. We summarize the performance of deep learning photometric stereo models on the most widely-used benchmark data set. This demonstrates the advanced performance of deep learning-based photometric stereo methods. Finally, we give suggestions and propose future research trends based on the limitations of existing models.

本文解决了3D对象重建的未校准光度立体声的任务，其中对象形状，对象反射率和照明方向均未知。这是一项极其困难的任务，挑战与光度法立体声中众所周知的普遍浮雕（GBR）歧义的存在进一步更加复杂。解决这种歧义的先前方法要么依赖于过度简化的反射模型，要么假设特殊的光分布。我们提出了一种新方法，该方法在一般表面和灯光假设下共同优化对象形状，光方向和光强度。镜面可显式地通过神经反向渲染过程求解未校准的光度立体声。我们使用新型的进行性镜面底座逐渐拟合从闪亮到粗糙的镜面。我们的方法通过最大程度地减少对每个对象基础的重建误差来利用基于物理的渲染方程。我们的方法证明了在现实世界数据集上的光估计和形状恢复中的最新精度。

光度立体声是使用在不同照明下捕获的对象的图像恢复3D表面正态的问题，在计算机视觉研究中具有极大的兴趣和重要性。尽管现有的传统和深度学习方法取得了成功，但由于：（i）三个或更多不同的照明图像的要求仍然具有挑战性精确的3D地面真相表面正常和已知的照明信息用于训练。在这项工作中，我们尝试使用仅两个不同照明的图像（称为PS2问题）来解决一个未经探索的光度立体声问题。这是单个基于图像的重建方法（例如Shape（SFS）的形状）和传统的光度立体声（PS）之间的中间情况，该方法需要三个或更多图像。我们提出了一个基于反向渲染的深度学习框架，称为DEEPPS2，该框架共同执行表面正常，反照率，照明估计和图像重新估算，并以完全自我监督的方式重新保留，而无需地面真相数据。我们演示了与图像重建结合结合的图像重新构造如何在自我监督的设置中增强照明估计。

我们介绍了一种新型的多视图立体声（MVS）方法，该方法不仅可以同时恢复每个像素深度，而且还可以恢复表面正常状态，以及在已知但自然照明下捕获的无纹理，复杂的非斜面表面的反射。我们的关键想法是将MVS作为端到端的可学习网络，我们称为NLMVS-NET，该网络无缝地集成了放射线线索，以利用表面正常状态作为视图的表面特征，以实现学习成本量的构建和过滤。它首先通过新颖的形状从阴影网络估算出每个视图的像素概率密度。然后，这些每个像素表面正常密度和输入多视图图像将输入到一个新颖的成本量滤波网络中，该网络学会恢复每个像素深度和表面正常。通过与几何重建交替进行交替估计反射率。对新建立的合成和现实世界数据集进行了广泛的定量评估表明，NLMVS-NET可以稳健而准确地恢复自然设置中复杂物体的形状和反射率。

传统的多视图光度立体声（MVP）方法通常由多个不相交阶段组成，从而导致明显的累积错误。在本文中，我们提出了一种基于隐式表示的MVP的神经反向渲染方法。给定通过多个未知方向灯照亮的非陆层物体的多视图图像，我们的方法共同估计几何形状，材料和灯光。我们的方法首先采用多光图像来估计每视图正常地图，这些图用于使从神经辐射场得出的正态定向。然后，它可以根据具有阴影可区分的渲染层共同优化表面正态，空间变化的BRDF和灯。优化后，重建的对象可用于新颖的视图渲染，重新定义和材料编辑。合成数据集和真实数据集的实验表明，与现有的MVP和神经渲染方法相比，我们的方法实现了更准确的形状重建。我们的代码和模型可以在https://ywq.github.io/psnerf上找到。

未校准的光度立体声（UPS）由于未知光带来的固有歧义而具有挑战性。现有的解决方案通过将反射率明确关联到光条件或以监督方式解决光条件来减轻歧义。本文建立了光线线索和光估计之间的隐含关系，并以无监督的方式解决了UPS。关键思想是将反射率表示为四个神经内在字段，即\ ie，位置，光，镜头和阴影，基于神经光场与镜面反射和铸造阴影的光线线索隐含相关联。神经内在字段的无监督，关节优化可以不受训练数据偏差和累积误差，并完全利用所有观察到的像素值的UPS值。我们的方法在常规和具有挑战性的设置下，在公共和自我收集的数据集上获得了优于最先进的UPS方法的优势。该代码将很快发布。

Multispectral photometric stereo(MPS) aims at recovering the surface normal of a scene from a single-shot multispectral image captured under multispectral illuminations. Existing MPS methods adopt the Lambertian reflectance model to make the problem tractable, but it greatly limits their application to real-world surfaces. In this paper, we propose a deep neural network named NeuralMPS to solve the MPS problem under general non-Lambertian spectral reflectances. Specifically, we present a spectral reflectance decomposition(SRD) model to disentangle the spectral reflectance into geometric components and spectral components. With this decomposition, we show that the MPS problem for surfaces with a uniform material is equivalent to the conventional photometric stereo(CPS) with unknown light intensities. In this way, NeuralMPS reduces the difficulty of the non-Lambertian MPS problem by leveraging the well-studied non-Lambertian CPS methods. Experiments on both synthetic and real-world scenes demonstrate the effectiveness of our method.

我们介绍了一种新的数据驱动方法，具有基于物理的前沿，从单个偏振图像到场景级正常估计。来自偏振（SFP）的现有形状主要专注于估计单个物体的正常，而不是野外的复杂场景。高质量场景级SFP的关键障碍是复杂场景中缺乏现实世界的SFP数据。因此，我们贡献了第一个现实世界场景级SFP数据集，具有配对输入偏振图像和地理正常映射。然后，我们提出了一种基于学习的框架，具有多头自我注意模块和观察编码，该框架被设计为处理由场景级SFP中的复杂材料和非正交投影引起的增加的偏振模糊。由于偏振光和表面法线之间的关系不受距离的影响，我们训练的模型可以广泛地展开到远场户外场景。实验结果表明，我们的方法在两个数据集中显着优于现有的SFP模型。我们的数据集和源代码将公开可用于\ url {https://github.com/chenyanglei/sfp-wild}。

由于任意多样化的物体形状，空间变化的材料和复杂的照明之间的无数相互作用，室内场景表现出显着的外观变化。由可见光和看不见的光源引起的阴影，亮点和反射需要有关反向渲染的远程相互作用的推理，该相互作用旨在恢复图像形成的组成部分，即形状，形状，材料和照明。在这项工作中，我们的直觉是，变压器体系结构学到的长期关注非常适合解决单像逆渲染中的长期挑战。我们通过对密集视力变压器Irisformer的特定实例化进行了证明，该实例是在单任务和多任务反向渲染所需的单任务和多任务推理上表现出色。具体而言，我们提出了一个变压器体系结构，以同时估算室内场景的单个图像中的深度，正态，空间变化的反照率，粗糙度和照明。我们在基准数据集上进行的广泛评估显示了上述每个任务的最新结果，从而使应用程序诸如对象插入和材料编辑之类的应用程序具有比先前的作品更大的光真实性的材料编辑。代码和数据将在https://github.com/vilab-ucsd/irisformer上公开发布。

Indoor scenes typically exhibit complex, spatially-varying appearance from global illumination, making inverse rendering a challenging ill-posed problem. This work presents an end-to-end, learning-based inverse rendering framework incorporating differentiable Monte Carlo raytracing with importance sampling. The framework takes a single image as input to jointly recover the underlying geometry, spatially-varying lighting, and photorealistic materials. Specifically, we introduce a physically-based differentiable rendering layer with screen-space ray tracing, resulting in more realistic specular reflections that match the input photo. In addition, we create a large-scale, photorealistic indoor scene dataset with significantly richer details like complex furniture and dedicated decorations. Further, we design a novel out-of-view lighting network with uncertainty-aware refinement leveraging hypernetwork-based neural radiance fields to predict lighting outside the view of the input photo. Through extensive evaluations on common benchmark datasets, we demonstrate superior inverse rendering quality of our method compared to state-of-the-art baselines, enabling various applications such as complex object insertion and material editing with high fidelity. Code and data will be made available at \url{https://jingsenzhu.github.io/invrend}.

A polarization camera has great potential for 3D reconstruction since the angle of polarization (AoP) and the degree of polarization (DoP) of reflected light are related to an object's surface normal. In this paper, we propose a novel 3D reconstruction method called Polarimetric Multi-View Inverse Rendering (Polarimetric MVIR) that effectively exploits geometric, photometric, and polarimetric cues extracted from input multi-view color-polarization images. We first estimate camera poses and an initial 3D model by geometric reconstruction with a standard structure-from-motion and multi-view stereo pipeline. We then refine the initial model by optimizing photometric rendering errors and polarimetric errors using multi-view RGB, AoP, and DoP images, where we propose a novel polarimetric cost function that enables an effective constraint on the estimated surface normal of each vertex, while considering four possible ambiguous azimuth angles revealed from the AoP measurement. The weight for the polarimetric cost is effectively determined based on the DoP measurement, which is regarded as the reliability of polarimetric information. Experimental results using both synthetic and real data demonstrate that our Polarimetric MVIR can reconstruct a detailed 3D shape without assuming a specific surface material and lighting condition.

从一组校准的多视图图像中恢复详细的面部几何形状对于其广泛的应用是有价值的。传统的多视图立体声（MVS）方法采用优化方法来规范匹配成本。最近，基于学习的方法将所有这些集成到端到端的神经网络中并显示出效率的优越性。在本文中，我们提出了一种新颖的架构，以在大约10秒内恢复极其详细的3D面。与以前基于学习的方法通过3D CNN规范成本量，我们建议学习用于回归匹配成本的隐式功能。通过从多视图图像拟合3D可变模型，在网格连接的UV空间中提取和聚合多个图像的特征，这使得隐式功能在恢复详细的面部形状中更有效。我们的方法在BACESCape数据集上的大边距精确地表达了基于SOTA学习的MV。代码和数据即将发布。

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.

随着增强的焦点和虚拟现实应用（XR）来说，可以对可以将物体从图像和视频升力到适合各种相关3D任务的表示的算法。 XR设备和应用程序的大规模部署意味着我们不能仅仅依赖于监督学习，因为收集和注释现实世界中无限各种物体的数据是不可行的。我们提出了一种弱监督的方法，能够将物体的单个图像分解成形状（深度和正规），材料（反射率，反射率和发光）和全局照明参数。对于培训，该方法仅依赖于训练对象的粗略初始形状估计来引导学习过程。这种形状监督可以例如从预先预制的深度网络或 - 从传统的结构 - 来自运动管道中的普罗维尔或 - 更慷慨地实现。在我们的实验中，我们表明该方法可以将2D图像成功地将2D图像成功渲染为分解的3D表示并推广到未经证明的对象类别。由于缺乏频繁的评估因缺乏地面真理数据而困难，我们还介绍了一种允许定量评估的照片 - 现实的合成测试集。

我们提出了一种从单个图像中编辑复杂室内照明的方法，其深度和光源分割掩码。这是一个极具挑战性的问题，需要对复杂的光传输进行建模，并仅通过对场景的部分LDR观察，将HDR照明从材料和几何形状中解散。我们使用两个新颖的组件解决了这个问题：1）一种整体场景重建方法，该方法估计场景反射率和参数3D照明，以及2）一个神经渲染框架，从我们的预测中重新呈现场景。我们使用基于物理的室内光表示，可以进行直观的编辑，并推断可见和看不见的光源。我们的神经渲染框架结合了基于物理的直接照明和阴影渲染，深层网络近似于全球照明。它可以捕获具有挑战性的照明效果，例如柔软的阴影，定向照明，镜面材料和反射。以前的单个图像逆渲染方法通常纠缠场景照明和几何形状，仅支持对象插入等应用程序。取而代之的是，通过将参数3D照明估计与神经场景渲染相结合，我们演示了从单个图像中实现完整场景重新确定（包括光源插入，删除和替换）的第一种自动方法。所有源代码和数据将公开发布。

本文提出了一种网络，称为MVSTR，用于多视图立体声（MV）。它建在变压器上，并能够用全局上下文和3D一致性提取密集的功能，这对于实现MV的可靠匹配至关重要。具体地，为了解决现有的基于CNN的MVS方法的有限接收领域的问题，首先提出全局上下文变换器模块来探索视图内的全局上下文。另外，为了进一步实现致密功能，以3D一致，通过精心设计的巧妙机制构建了3D几何变压器模块，以便于观看互联信息交互。实验结果表明，建议的MVSTR在DTU数据集中实现了最佳的整体性能，并在坦克和寺庙基准数据集上的强大泛化。

传统上，本征成像或内在图像分解被描述为将图像分解为两层：反射率，材料的反射率;和一个阴影，由光和几何之间的相互作用产生。近年来，深入学习技术已广泛应用，以提高这些分离的准确性。在本调查中，我们概述了那些在知名内在图像数据集和文献中使用的相关度量的结果，讨论了预测所需的内在图像分解的适用性。虽然Lambertian的假设仍然是许多方法的基础，但我们表明，对图像形成过程更复杂的物理原理组件的潜力越来越意识到，这是光学准确的材料模型和几何形状，更完整的逆轻型运输估计。考虑使用的前瞻和模型以及驾驶分解过程的学习架构和方法，我们将这些方法分类为分解的类型。考虑到最近神经，逆和可微分的渲染技术的进步，我们还提供了关于未来研究方向的见解。

最近，数据驱动的单视图重建方法在建模3D穿着人类中表现出很大的进展。然而，这种方法严重影响了单视图输入所固有的深度模糊和闭塞。在本文中，我们通过考虑一小部分输入视图并调查从这些视图中适当利用信息的最佳策略来解决这个问题。我们提出了一种数据驱动的端到端方法，其从稀疏相机视图重建穿着人的人类的隐式3D表示。具体而言，我们介绍了三个关键组件：首先是使用透视相机模型的空间一致的重建，允许使用人员在输入视图中的任意放置;第二个基于关注的融合层，用于从多个观点来看聚合视觉信息;第三种机制在多视图上下文下编码本地3D模式。在实验中，我们展示了所提出的方法优于定量和定性地在标准数据上表达现有技术。为了展示空间一致的重建，我们将我们的方法应用于动态场景。此外，我们在使用多摄像头平台获取的真实数据上应用我们的方法，并证明我们的方法可以获得与多视图立体声相当的结果，从而迅速更少的视图。

在本文中，我们基于我们对多视图立体声（MVS）中的特征匹配的探索来呈现TransVSNet。我们将MVS模拟返回其特征匹配任务的性质，因此提出了一个强大的功能匹配变换器（FMT），以利用（自我）和（交叉）关注（交叉）在图像内和跨越图像中聚合的长程上下文信息。为了便于更好地调整FMT，我们利用自适应接收领域（ARF）模块，以确保在特征范围内平滑过境，并使用特征途径桥接不同阶段，以通过不同尺度的转换特征和梯度。此外，我们应用配对特征相关性以测量特征之间的相似性，并采用歧义降低焦损，以加强监管。据我们所知，TransmVSNet首次尝试将变压器利用到MV的任务。因此，我们的方法在DTU数据集，坦克和寺庙基准测试和BlendedMVS数据集中实现了最先进的性能。我们的方法代码将在https://github.com/megviirobot/transmvsnet中提供。