InputOutput Input Output Fig. 1. Unlike current face reenactment approaches that only modify the expression of a target actor in a video, our novel deep video portrait approach enables full control over the target by transferring the rigid head pose, facial expression and eye motion with a high level of photorealism.We present a novel approach that enables photo-realistic re-animation of portrait videos using only an input video. In contrast to existing approaches that are restricted to manipulations of facial expressions only, we are the irst to transfer the full 3D head position, head rotation, face expression, eye gaze, and eye blinking from a source actor to a portrait video of a target actor. The core of our approach is a generative neural network with a novel space-time architecture. The network takes as input synthetic renderings of a parametric face model, based on which it predicts photo-realistic video frames for a given target actor. The realism in this rendering-to-video transfer is achieved by careful adversarial training, and as a result, we can create modiied target videos that mimic the behavior of the synthetically-created input. In order to enable source-to-target video re-animation, we render a synthetic target video with the reconstructed head animation parameters from a source video, and feed it into the trained network ś thus taking full control of the

Proposed online reenactment setup: a monocular target video sequence (e.g., from Youtube) is reenacted based on the expressions of a source actor who is recorded live with a commodity webcam.

照片逼真的面部视频肖像重演益处虚拟生产和众多VR / AR经验。由于肖像应该保持高现实主义和与目标环境的一致性，任务仍然具有挑战性。在本文中，我们介绍了一种可靠的神经视频肖像，同步的致密和再生方案，其将头部姿势和面部表达从源actor传送到具有任意新的背景和照明条件的目标演员的肖像视频。我们的方法结合了4D反射场学习，基于模型的面部性能捕获和目标感知神经渲染。具体地，我们采用渲染到视频翻译网络首先从混合面部性能捕获结果中合成高质量的OLAT镜片和alpha锍。然后，我们设计了一个语义感知的面部归一化方案，以实现可靠的显式控制以及多帧多任务学习策略，以同时编码内容，分割和时间信息以获得高质量的反射场推断。在培训之后，我们的方法进一步实现了目标表演者的照片现实和可控的视频肖像编辑。通过将相同的混合面部捕获和归一化方案应用于源视频输入，可以获得可靠的面部姿势和表达编辑，而我们的显式alpha和Olat输出使高质量的依据和背景编辑能够实现。凭借实现同步致密和再生的能力，我们能够改善各种虚拟生产和视频重写应用程序的现实主义。

Figure 1: Given a monocular portrait video sequence of a person, we reconstruct a dynamic neural radiance field representing a 4D facial avatar, which allows us to synthesize novel head poses as well as changes in facial expressions.

Figure 1: We present an image synthesis approach that learns object-speci c neural textures which can be interpreted by a neural renderer. Our approach can be trained end-to-end with real data, allowing us to re-synthesize novel views of static objects, edit scenes, as well as re-render dynamic animated surfaces.

在本文中，我们介绍了一种新颖的深入学习方法，用于“野外”视频中演员的情绪状态的光学逼真操纵。所提出的方法基于输入场景中的演员的参数3D面表示，其提供来自头部姿势和面部表达的面部身份的可靠性解剖。然后，它使用新的深度域翻译框架，以符合他们的动态，以一致而合理的方式改变面部表情。最后，改变改变的面部表情用于基于特别设计的神经面渲染器光实际地操纵输入场景中的面部区域。据我们所知，我们的方法是第一个能够通过唯一用作操纵情绪的语义标记来控制演员的面部表情，同时保持与语音相关的唇部运动。我们进行广泛的定性和定量评估和比较，展示了我们的方法的有效性以及我们获得的特别有希望的结果。我们的方法为神经渲染技术的有用应用开辟了一种新的可能性，从电影后生产和视频游戏到照片逼真的情感化身。

我们提出了自由式 - 人体神经通话的头部合成系统。我们表明，具有稀疏3D面部标志的建模面孔足以实现最先进的生成性能，而无需依赖诸如3D可变形模型之类的强统计学先验。除了3D姿势和面部表情外，我们的方法还能够将目光从驾驶演员转移到源身份。我们的完整管道由三个组件组成：一个规范的3D密钥估计器，可回归3D姿势和与表达相关的变形，凝视估计网络和建立在Headgan架构上的生成器。我们进一步实验发电机的扩展，以使用注意机制可容纳几次学习，以防万一可用多个源图像。与最新的重演和运动转移模型相比，我们的系统实现了更高的照片真实性与优越的身份保护，同时提供明确的注视控制。

在本文中，我们介绍了一条神经渲染管道，用于将一个人在源视频中的面部表情，头部姿势和身体运动转移到目标视频中的另一个人。我们将方法应用于手语视频的具有挑战性的案例：给定手语用户的源视频，我们可以忠实地传输执行的手册（例如握手，棕榈方向，运动，位置）和非手术（例如，眼睛凝视，凝视，面部表情，头部移动）以照片真实的方式标志着目标视频。为了有效捕获上述提示，这些线索对于手语交流至关重要，我们以最近引入的最健壮和最可靠的深度学习方法的有效组合来建立。使用3D感知表示，将身体部位的估计运动组合并重新定位到目标签名者。然后将它们作为我们的视频渲染网络的条件输入，从而生成时间一致和照片现实的视频。我们进行了详细的定性和定量评估和比较，这些评估和比较证明了我们的方法的有效性及其对现有方法的优势。我们的方法产生了前所未有的现实主义的有希望的结果，可用于手语匿名。此外，它很容易适用于重新制定其他类型的全身活动（舞蹈，表演，锻炼等）以及手语生产系统的合成模块。

对于场景重建和新型视图综合的数量表示形式的普及最近，人们的普及使重点放在以高视觉质量和实时为实时的体积内容动画上。尽管基于学习功能的隐性变形方法可以产生令人印象深刻的结果，但它们是艺术家和内容创建者的“黑匣子”，但它们需要大量的培训数据才能有意义地概括，并且在培训数据之外不会产生现实的外推。在这项工作中，我们通过引入实时的音量变形方法来解决这些问题，该方法是实时的，易于使用现成的软件编辑，并且可以令人信服地推断出来。为了证明我们方法的多功能性，我们将其应用于两种情况：基于物理的对象变形和触发性，其中使用Blendshapes控制着头像。我们还进行了彻底的实验，表明我们的方法与两种体积方法相比，结合了基于网格变形的隐式变形和方法。

我们提出了神经头头像，这是一种新型神经表示，其明确地模拟了可动画的人体化身的表面几何形状和外观，可用于在依赖数字人类的电影或游戏行业中的AR / VR或其他应用中的电话会议。我们的代表可以从单眼RGB肖像视频中学到，该视频具有一系列不同的表达和视图。具体地，我们提出了一种混合表示，其由面部的粗糙形状和表达式和两个前馈网络组成的混合表示，以及预测底层网格的顶点偏移以及视图和表达依赖性纹理。我们证明，该表示能够准确地外推到看不见的姿势和观点，并在提供尖锐的纹理细节的同时产生自然表达。与先前的磁头头像上的作品相比，我们的方法提供了与标准图形管道兼容的完整人体头（包括头发）的分解形状和外观模型。此外，就重建质量和新型观看合成而定量和定性地优于现有技术的当前状态。

编辑和操纵视频中的面部特征是一种有趣而重要的研究领域，具有夸张的应用，从电影生产和视觉效果到视频游戏和虚拟助手的现实头像。据我们所知，本文提出了第一种在视频中进行了对面部表情的照相型式操纵的方法。我们的方法支持基于神经渲染和基于3D的面部表情建模的语义视频操纵。我们专注于通过改变和控制面部表情来互动操纵视频，实现有前途的光电温度效果。该方法基于用于3D面部形状和活动的脱屑表示和估计，为用户提供对输入视频中的面部表情的直观且易于使用的控制。我们还介绍了一个用户友好的交互式AI工具，该工具处理有关输入视频的特定部分的所需情绪操纵的人类可读的语义标签，并合成光电环境拟人的操纵视频。我们通过将情绪标签映射到价值（VA）值来实现这一点，又通过特别设计和训练的表达式解码器网络映射到解开的3D面部表达式。本文提出了详细的定性和定量实验，展示了我们系统的有效性以及它实现的有希望的结果。可以在补充材料中找到其他结果和视频（https://github.com/girish-03/deepsemmanipulation）。

Figure 1: FaceForensics++ is a dataset of facial forgeries that enables researchers to train deep-learning-based approaches in a supervised fashion. The dataset contains manipulations created with four state-of-the-art methods, namely, Face2Face, FaceSwap, DeepFakes, and NeuralTextures.

生产级别的工作流程用于产生令人信服的3D动态人体面孔长期以来依赖各种劳动密集型工具用于几何和纹理生成，运动捕获和索具以及表达合成。最近的神经方法可以使单个组件自动化，但是相应的潜在表示不能像常规工具一样为艺术家提供明确的控制。在本文中，我们提出了一种新的基于学习的，视频驱动的方法，用于生成具有高质量基于物理资产的动态面部几何形状。对于数据收集，我们构建了一个混合多视频测量捕获阶段，与超快速摄像机耦合以获得原始的3D面部资产。然后，我们着手使用单独的VAE对面部表达，几何形状和基于物理的纹理进行建模，我们在各个网络的潜在范围内强加了基于全局MLP的表达映射，以保留各个属性的特征。我们还将增量信息建模为基于物理的纹理的皱纹图，从而达到高质量的4K动态纹理。我们展示了我们在高保真表演者特异性面部捕获和跨认同面部运动重新定位中的方法。此外，我们的基于多VAE的神经资产以及快速适应方案也可以部署以处理内部视频。此外，我们通过提供具有较高现实主义的各种有希望的基于身体的编辑结果来激发我们明确的面部解散策略的实用性。综合实验表明，与以前的视频驱动的面部重建和动画方法相比，我们的技术提供了更高的准确性和视觉保真度。

在这项工作中，我们提出了叙述，这是一种新颖的管道，可以以逼真的方式同时编辑肖像照明和观点。作为一种混合神经形态的面部模型，叙述了几何学感知生成方法和正常辅助物理面部模型的互补益处。简而言之，叙述首先将输入肖像转变为粗糙的几何形状，并采用神经渲染来产生类似于输入的图像，并产生令人信服的姿势变化。但是，反演步骤引入了不匹配，带来了较少面部细节的低质量图像。因此，我们进一步估计了师范的肖像，以增强粗糙的几何形状，从而创建高保真的物理面部模型。特别是，我们融合了神经和身体渲染，以补偿不完善的反转，从而产生了现实和视图一致的新颖透视图像。在重新阶段，以前的作品着重于单一视图肖像重新审议，但也忽略了不同观点之间的一致性，引导不稳定和不一致的照明效果以进行视图变化。我们通过将其多视图输入正常地图与物理面部模型统一，以解决此问题。叙事通过一致的正常地图进行重新进行重新，施加了跨视图的约束并表现出稳定且连贯的照明效果。我们在实验上证明，叙述在先前的工作中取得了更现实的，可靠的结果。我们进一步使用动画和样式转移工具进行介绍，从而分别或组合姿势变化，灯光变化，面部动画和样式转移，所有这些都以摄影质量为单位。我们展示了生动的自由视图面部动画以及3D感知可靠的风格化，可帮助促进各种AR/VR应用程序，例如虚拟摄影，3D视频会议和后期制作。

我们提出了神经演员（NA），一种用于从任意观点和任意可控姿势的高质量合成人类的新方法。我们的方法是基于最近的神经场景表示和渲染工作，从而从仅从2D图像中学习几何形状和外观的表示。虽然现有的作品令人兴奋地呈现静态场景和动态场景的播放，具有神经隐含方法的照片 - 现实重建和人类的渲染，特别是在用户控制的新颖姿势下，仍然很困难。为了解决这个问题，我们利用一个粗体模型作为将周围的3D空间的代理放入一个规范姿势。神经辐射场从多视图视频输入中了解在规范空间中的姿势依赖几何变形和姿势和视图相关的外观效果。为了综合高保真动态几何和外观的新颖视图，我们利用身体模型上定义的2D纹理地图作为预测残余变形和动态外观的潜变量。实验表明，我们的方法能够比播放的最先进，以及新的姿势合成来实现更好的质量，并且甚至可以概括到新的姿势与训练姿势不同的姿势。此外，我们的方法还支持对合成结果的体形控制。

一般照明条件中单眼图像的强大面部重建是具有挑战性的。用于使用微弱渲染的深度神经网络编码器结合的方法打开了几何，照明和反射的非常快速的单眼重建的路径。它们也可以通过自我监督的方式培训，以增加鲁棒性和更好的泛化。然而，基于光栅化的图像形成模型以及底层场景参数化，将它们限制在Lambertian的反射率和差的形状细节中。最近，在基于经典优化的框架内引入了用于单眼脸部重建的射线跟踪，并实现最先进的结果。然而，基于优化的方法本质上很慢，缺乏鲁棒性。在本文中，我们在上述方法上建立了我们的工作，并提出了一种新的方法，大大提高了一般场景中的重建质量和鲁棒性。我们通过将CNN编码器与可分散的射线示踪剂组合来实现这一点，这使得我们能够将重建基于更高级的个性化漫射和镜面，更复杂的照明模型和自阴影的合理表示。这使得即使在难以照明的场景中，也可以在重建的形状，外观和照明中进行大跃进。通过一致的面部属性重建，我们的方法导致实际应用，例如致密和自阴影去除。与最先进的方法相比，我们的结果表明了提高了方法的准确性和有效性。

最近，音频驱动的会说话的面部视频产生引起了广泛的关注。但是，很少有研究能够解决这些会说话的面部视频的情感编辑问题，并具有连续可控的表达式，这是行业中强烈的需求。面临的挑战是，与语音有关的表达和与情感有关的表达通常是高度耦合的。同时，由于表达式与其他属性（例如姿势）的耦合，即在每个框架中翻译角色的表达可能会同时改变头部姿势，因此传统的图像到图像翻译方法无法在我们的应用中很好地工作。培训数据分布。在本文中，我们提出了一种高质量的面部表达编辑方法，用于谈话面部视频，使用户可以连续控制编辑视频中的目标情感。我们为该任务提供了一个新的视角，作为运动信息编辑的特殊情况，我们使用3DMM捕获主要的面部运动和由StyleGAN模拟的相关纹理图，以捕获外观细节。两种表示（3DMM和纹理图）都包含情感信息，并且可以通过神经网络进行连续修改，并通过系数/潜在空间平均轻松平滑，从而使我们的方法变得简单而有效。我们还引入了口腔形状的保存损失，以控制唇部同步和编辑表达的夸张程度之间的权衡。广泛的实验和用户研究表明，我们的方法在各种评估标准中实现了最先进的表现。

创建高质量的动画和可重新可靠的3D人体化身的独特挑战是对人的眼睛进行建模。合成眼睛的挑战是多重的，因为它需要1）适当的表示眼和眼周区域的适当表示，以进行连贯的视点合成，能够表示弥漫性，折射和高度反射表面，2）2）脱离皮肤和眼睛外观这样的照明使其可以在新的照明条件下呈现，3）捕获眼球运动和周围皮肤的变形以使重新注视。传统上，这些挑战需要使用昂贵且繁琐的捕获设置来获得高质量的结果，即使那样，整体上的眼睛区域建模仍然难以捉摸。我们提出了一种新颖的几何形状和外观表示形式，该形式仅使用一组稀疏的灯光和摄像头，可以捕获高保真的捕获和感性动画，观察眼睛区域的综合和重新定位。我们的杂种表示将眼球的显式参数表面模型与眼周区域和眼内部的隐式变形体积表示结合在一起。这种新颖的混合模型旨在解决具有挑战性的面部面积的各个部分 - 明确的眼球表面允许在角膜处建模折射和高频镜面反射，而隐性表示非常适合通过模拟低频皮肤反射。球形谐波可以代表非表面结构，例如头发或弥漫性体积物体，这两者都是显式表面模型的挑战。我们表明，对于高分辨率的眼睛特写，我们的模型可以从看不见的照明条件下的新颖观点中综合高保真动画的目光。

综合照片 - 现实图像和视频是计算机图形的核心，并且是几十年的研究焦点。传统上，使用渲染算法（如光栅化或射线跟踪）生成场景的合成图像，其将几何形状和材料属性的表示为输入。统称，这些输入定义了实际场景和呈现的内容，并且被称为场景表示（其中场景由一个或多个对象组成）。示例场景表示是具有附带纹理的三角形网格（例如，由艺术家创建），点云（例如，来自深度传感器），体积网格（例如，来自CT扫描）或隐式曲面函数（例如，截短的符号距离）字段）。使用可分辨率渲染损耗的观察结果的这种场景表示的重建被称为逆图形或反向渲染。神经渲染密切相关，并将思想与经典计算机图形和机器学习中的思想相结合，以创建用于合成来自真实观察图像的图像的算法。神经渲染是朝向合成照片现实图像和视频内容的目标的跨越。近年来，我们通过数百个出版物显示了这一领域的巨大进展，这些出版物显示了将被动组件注入渲染管道的不同方式。这种最先进的神经渲染进步的报告侧重于将经典渲染原则与学习的3D场景表示结合的方法，通常现在被称为神经场景表示。这些方法的一个关键优势在于它们是通过设计的3D-一致，使诸如新颖的视点合成捕获场景的应用。除了处理静态场景的方法外，我们还涵盖了用于建模非刚性变形对象的神经场景表示...

与传统的头像创建管道相反，这是一个昂贵的过程，现代生成方法直接从照片中学习数据分布，而艺术的状态现在可以产生高度的照片现实图像。尽管大量作品试图扩展无条件的生成模型并达到一定程度的可控性，但要确保多视图一致性，尤其是在大型姿势中，仍然具有挑战性。在这项工作中，我们提出了一个3D肖像生成网络，该网络可产生3D一致的肖像，同时根据有关姿势，身份，表达和照明的语义参数可控。生成网络使用神经场景表示在3D中建模肖像，其生成以支持明确控制的参数面模型为指导。尽管可以通过将图像与部分不同的属性进行对比，但可以进一步增强潜在的分离，但在非面积区域（例如，在动画表达式）时，仍然存在明显的不一致。我们通过提出一种体积混合策略来解决此问题，在该策略中，我们通过将动态和静态辐射场融合在一起，形成一个复合输出，并从共同学习的语义场中分割了两个部分。我们的方法在广泛的实验中优于先前的艺术，在自由视点中观看时，在自然照明中产生了逼真的肖像。所提出的方法还证明了真实图像以及室外卡通面孔的概括能力，在实际应用中显示出巨大的希望。其他视频结果和代码将在项目网页上提供。