Point of View & TimeFigure 1: We propose D-NeRF, a method for synthesizing novel views, at an arbitrary point in time, of dynamic scenes with complex non-rigid geometries. We optimize an underlying deformable volumetric function from a sparse set of input monocular views without the need of ground-truth geometry nor multi-view images. The figure shows two scenes under variable points of view and time instances synthesised by the proposed model.

Figure 1: Our method can synthesize novel views in both space and time from a single monocular video of a dynamic scene. Here we show video results with various configurations of fixing and interpolating view and time (left), as well as a visualization of the recovered scene geometry (right). Please view with Adobe Acrobat or KDE Okular to see animations.

Figure 1. Given a monocular image sequence, NR-NeRF reconstructs a single canonical neural radiance field to represent geometry and appearance, and a per-time-step deformation field. We can render the scene into a novel spatio-temporal camera trajectory that significantly differs from the input trajectory. NR-NeRF also learns rigidity scores and correspondences without direct supervision on either. We can use the rigidity scores to remove the foreground, we can supersample along the time dimension, and we can exaggerate or dampen motion.

https://video-nerf.github.io Figure 1. Our method takes a single casually captured video as input and learns a space-time neural irradiance field. (Top) Sample frames from the input video. (Middle) Novel view images rendered from textured meshes constructed from depth maps. (Bottom) Our results rendered from the proposed space-time neural irradiance field.

3D reconstruction and novel view synthesis of dynamic scenes from collections of single views recently gained increased attention. Existing work shows impressive results for synthetic setups and forward-facing real-world data, but is severely limited in the training speed and angular range for generating novel views. This paper addresses these limitations and proposes a new method for full 360{\deg} novel view synthesis of non-rigidly deforming scenes. At the core of our method are: 1) An efficient deformation module that decouples the processing of spatial and temporal information for acceleration at training and inference time; and 2) A static module representing the canonical scene as a fast hash-encoded neural radiance field. We evaluate the proposed approach on the established synthetic D-NeRF benchmark, that enables efficient reconstruction from a single monocular view per time-frame randomly sampled from a full hemisphere. We refer to this form of inputs as monocularized data. To prove its practicality for real-world scenarios, we recorded twelve challenging sequences with human actors by sampling single frames from a synchronized multi-view rig. In both cases, our method is trained significantly faster than previous methods (minutes instead of days) while achieving higher visual accuracy for generated novel views. Our source code and data is available at our project page https://graphics.tu-bs.de/publications/kappel2022fast.

最近的神经人类表示可以产生高质量的多视图渲染，但需要使用密集的多视图输入和昂贵的培训。因此，它们在很大程度上仅限于静态模型，因为每个帧都是不可行的。我们展示了人类学 - 一种普遍的神经表示 - 用于高保真自由观察动态人类的合成。类似于IBRNET如何通过避免每场景训练来帮助NERF，Humannerf跨多视图输入采用聚合像素对准特征，以及用于解决动态运动的姿势嵌入的非刚性变形场。原始人物员已经可以在稀疏视频输入的稀疏视频输入上产生合理的渲染。为了进一步提高渲染质量，我们使用外观混合模块增强了我们的解决方案，用于组合神经体积渲染和神经纹理混合的益处。各种多视图动态人类数据集的广泛实验证明了我们在挑战运动中合成照片 - 现实自由观点的方法和非常稀疏的相机视图输入中的普遍性和有效性。

最近，神经辐射场（NERF）正在彻底改变新型视图合成（NVS）的卓越性能。但是，NERF及其变体通常需要进行冗长的每场训练程序，其中将多层感知器（MLP）拟合到捕获的图像中。为了解决挑战，已经提出了体素网格表示，以显着加快训练的速度。但是，这些现有方法只能处理静态场景。如何开发有效，准确的动态视图合成方法仍然是一个开放的问题。将静态场景的方法扩展到动态场景并不简单，因为场景几何形状和外观随时间变化。在本文中，基于素素网格优化的最新进展，我们提出了一种快速变形的辐射场方法来处理动态场景。我们的方法由两个模块组成。第一个模块采用变形网格来存储3D动态功能，以及使用插值功能将观测空间中的3D点映射到规范空间的变形的轻巧MLP。第二个模块包含密度和颜色网格，以建模场景的几何形状和密度。明确对阻塞进行了建模，以进一步提高渲染质量。实验结果表明，我们的方法仅使用20分钟的训练就可以实现与D-NERF相当的性能，该训练比D-NERF快70倍以上，这清楚地证明了我们提出的方法的效率。

We present a method that achieves state-of-the-art results for synthesizing novel views of complex scenes by optimizing an underlying continuous volumetric scene function using a sparse set of input views. Our algorithm represents a scene using a fully-connected (nonconvolutional) deep network, whose input is a single continuous 5D coordinate (spatial location (x, y, z) and viewing direction (θ, φ)) and whose output is the volume density and view-dependent emitted radiance at that spatial location. We synthesize views by querying 5D coordinates along camera rays and use classic volume rendering techniques to project the output colors and densities into an image. Because volume rendering is naturally differentiable, the only input required to optimize our representation is a set of images with known camera poses. We describe how to effectively optimize neural radiance fields to render photorealistic novel views of scenes with complicated geometry and appearance, and demonstrate results that outperform prior work on neural rendering and view synthesis. View synthesis results are best viewed as videos, so we urge readers to view our supplementary video for convincing comparisons.

在本文中，我们为复杂场景进行了高效且强大的深度学习解决方案。在我们的方法中，3D场景表示为光场，即，一组光线，每组在到达图像平面时具有相应的颜色。对于高效的新颖视图渲染，我们采用了光场的双面参数化，其中每个光线的特征在于4D参数。然后，我们将光场配向作为4D函数，即将4D坐标映射到相应的颜色值。我们训练一个深度完全连接的网络以优化这种隐式功能并记住3D场景。然后，特定于场景的模型用于综合新颖视图。与以前需要密集的视野的方法不同，需要密集的视野采样来可靠地呈现新颖的视图，我们的方法可以通过采样光线来呈现新颖的视图并直接从网络查询每种光线的颜色，从而使高质量的灯场呈现稀疏集合训练图像。网络可以可选地预测每光深度，从而使诸如自动重新焦点的应用。我们的小说视图合成结果与最先进的综合结果相当，甚至在一些具有折射和反射的具有挑战性的场景中优越。我们在保持交互式帧速率和小的内存占地面积的同时实现这一点。

Representing and synthesizing novel views in real-world dynamic scenes from casual monocular videos is a long-standing problem. Existing solutions typically approach dynamic scenes by applying geometry techniques or utilizing temporal information between several adjacent frames without considering the underlying background distribution in the entire scene or the transmittance over the ray dimension, limiting their performance on static and occlusion areas. Our approach $\textbf{D}$istribution-$\textbf{D}$riven neural radiance fields offers high-quality view synthesis and a 3D solution to $\textbf{D}$etach the background from the entire $\textbf{D}$ynamic scene, which is called $\text{D}^4$NeRF. Specifically, it employs a neural representation to capture the scene distribution in the static background and a 6D-input NeRF to represent dynamic objects, respectively. Each ray sample is given an additional occlusion weight to indicate the transmittance lying in the static and dynamic components. We evaluate $\text{D}^4$NeRF on public dynamic scenes and our urban driving scenes acquired from an autonomous-driving dataset. Extensive experiments demonstrate that our approach outperforms previous methods in rendering texture details and motion areas while also producing a clean static background. Our code will be released at https://github.com/Luciferbobo/D4NeRF.

我们呈现高动态范围神经辐射字段（HDR-NERF），以从一组低动态范围（LDR）视图的HDR辐射率字段与不同的曝光。使用HDR-NERF，我们能够在不同的曝光下生成新的HDR视图和新型LDR视图。我们方法的关键是模拟物理成像过程，该过程决定了场景点的辐射与具有两个隐式功能的LDR图像中的像素值转换为：RADIACE字段和音调映射器。辐射场对场景辐射（值在0到+末端之间的值变化），其通过提供相应的射线源和光线方向来输出光线的密度和辐射。 TONE MAPPER模拟映射过程，即在相机传感器上击中的光线变为像素值。通过将辐射和相应的曝光时间送入音调映射器来预测光线的颜色。我们使用经典的卷渲染技术将输出辐射，颜色和密度投影为HDR和LDR图像，同时只使用输入的LDR图像作为监控。我们收集了一个新的前瞻性的HDR数据集，以评估所提出的方法。综合性和现实世界场景的实验结果验证了我们的方法不仅可以准确控制合成视图的曝光，还可以用高动态范围呈现视图。

We address the problem of synthesizing novel views from a monocular video depicting a complex dynamic scene. State-of-the-art methods based on temporally varying Neural Radiance Fields (aka dynamic NeRFs) have shown impressive results on this task. However, for long videos with complex object motions and uncontrolled camera trajectories, these methods can produce blurry or inaccurate renderings, hampering their use in real-world applications. Instead of encoding the entire dynamic scene within the weights of an MLP, we present a new approach that addresses these limitations by adopting a volumetric image-based rendering framework that synthesizes new viewpoints by aggregating features from nearby views in a scene-motion-aware manner. Our system retains the advantages of prior methods in its ability to model complex scenes and view-dependent effects, but also enables synthesizing photo-realistic novel views from long videos featuring complex scene dynamics with unconstrained camera trajectories. We demonstrate significant improvements over state-of-the-art methods on dynamic scene datasets, and also apply our approach to in-the-wild videos with challenging camera and object motion, where prior methods fail to produce high-quality renderings. Our project webpage is at dynibar.github.io.

我们提出了一种便携式多型摄像头系统，该系统具有专用模型，用于动态场景中的新型视图和时间综合。我们的目标是使用我们的便携式多座相机从任何角度从任何角度出发为动态场景提供高质量的图像。为了实现这种新颖的观点和时间综合，我们开发了一个配备了五个相机的物理多型摄像头，以在时间和空间域中训练神经辐射场（NERF），以进行动态场景。我们的模型将6D坐标（3D空间位置，1D时间坐标和2D观看方向）映射到观看依赖性且随时间变化的发射辐射和体积密度。量渲染用于在指定的相机姿势和时间上渲染光真实的图像。为了提高物理相机的鲁棒性，我们提出了一个摄像机参数优化模块和一个时间框架插值模块，以促进跨时间的信息传播。我们对现实世界和合成数据集进行了实验以评估我们的系统，结果表明，我们的方法在定性和定量上优于替代解决方案。我们的代码和数据集可从https://yuenfuilau.github.io获得。

我们向渲染和时间（4D）重建人类的渲染和时间（4D）重建的神经辐射场，通过稀疏的摄像机捕获或甚至来自单眼视频。我们的方法将思想与神经场景表示，新颖的综合合成和隐式统计几何人称的人类表示相结合，耦合使用新颖的损失功能。在先前使用符号距离功能表示的结构化隐式人体模型，而不是使用统一的占用率来学习具有统一占用的光域字段。这使我们能够从稀疏视图中稳健地融合信息，并概括超出在训练中观察到的姿势或视图。此外，我们应用几何限制以共同学习观察到的主题的结构 - 包括身体和衣服 - 并将辐射场正规化为几何合理的解决方案。在多个数据集上的广泛实验证明了我们方法的稳健性和准确性，其概括能力显着超出了一系列的姿势和视图，以及超出所观察到的形状的统计外推。

我们介绍了一个自由视的渲染方法 - Humannerf - 这对人类进行了复杂的身体运动的给定单曲视频工作，例如，来自YouTube的视频。我们的方法可以在任何帧中暂停视频，并从任意新相机视点呈现对象，甚至是该特定帧和身体姿势的完整360度摄像机路径。这项任务特别具有挑战性，因为它需要合成身体的光电型细节，如从输入视频中可能不存在的各种相机角度所见，以及合成布折叠和面部外观的细细节。我们的方法优化了在规范T型姿势中的人的体积表示，同时通过运动场，该运动场通过向后的警报将估计的规范表示映射到视频的每个帧。运动场分解成骨骼刚性和非刚性运动，由深网络产生。我们对现有工作显示出显着的性能改进，以及从移动人类的单眼视频的令人尖锐的观点渲染的阐释示例，以挑战不受控制的捕获场景。

由于其显着的合成质量，最近，神经辐射场（NERF）最近对3D场景重建和新颖的视图合成进行了相当大的关注。然而，由散焦或运动引起的图像模糊，这通常发生在野外的场景中，显着降低了其重建质量。为了解决这个问题，我们提出了DeBlur-nerf，这是一种可以从模糊输入恢复尖锐的nerf的第一种方法。我们采用逐合成方法来通过模拟模糊过程来重建模糊的视图，从而使NERF对模糊输入的鲁棒。该仿真的核心是一种新型可变形稀疏内核（DSK）模块，其通过在每个空间位置变形规范稀疏内核来模拟空间变形模糊内核。每个内核点的射线起源是共同优化的，受到物理模糊过程的启发。该模块作为MLP参数化，具有能够概括为各种模糊类型。联合优化NERF和DSK模块允许我们恢复尖锐的NERF。我们证明我们的方法可用于相机运动模糊和散焦模糊：真实场景中的两个最常见的模糊。合成和现实世界数据的评估结果表明，我们的方法优于几个基线。合成和真实数据集以及源代码将公开可用于促进未来的研究。

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...

新型视图综合的古典光场渲染可以准确地再现视图依赖性效果，例如反射，折射和半透明，但需要一个致密的视图采样的场景。基于几何重建的方法只需要稀疏的视图，但不能准确地模拟非兰伯语的效果。我们介绍了一个模型，它结合了强度并减轻了这两个方向的局限性。通过在光场的四维表示上操作，我们的模型学会准确表示依赖视图效果。通过在训练和推理期间强制执行几何约束，从稀疏的视图集中毫无屏蔽地学习场景几何。具体地，我们介绍了一种基于两级变压器的模型，首先沿着ePipoll线汇总特征，然后沿参考视图聚合特征以产生目标射线的颜色。我们的模型在多个前进和360 {\ DEG}数据集中优于最先进的，具有较大的差别依赖变化的场景更大的边缘。

我们介绍了神经点光场，它用稀疏点云上的轻场隐含地表示场景。结合可分辨率的体积渲染与学习的隐式密度表示使得可以合成用于小型场景的新颖视图的照片现实图像。作为神经体积渲染方法需要潜在的功能场景表示的浓密采样，在沿着射线穿过体积的数百个样本，它们从根本上限制在具有投影到数百个训练视图的相同对象的小场景。向神经隐式光线推广稀疏点云允许我们有效地表示每个光线的单个隐式采样操作。这些点光场作为光线方向和局部点特征邻域的函数，允许我们在没有密集的物体覆盖和视差的情况下插入光场条件训练图像。我们评估大型驾驶场景的新型视图综合的提出方法，在那里我们综合了现实的看法，即现有的隐式方法未能代表。我们验证了神经点光场可以通过显式建模场景来实现沿着先前轨迹的视频来预测沿着看不见的轨迹的视频。

本文解决了从多视频视频中重建动画人类模型的挑战。最近的一些作品提出，将一个非刚性变形的场景分解为规范的神经辐射场和一组变形场，它们映射观察空间指向规范空间，从而使它们能够从图像中学习动态场景。但是，它们代表变形场作为转换矢量场或SE（3）字段，这使得优化高度不受限制。此外，这些表示无法通过输入动议明确控制。取而代之的是，我们基于线性混合剥皮算法引入了一个姿势驱动的变形场，该算法结合了混合重量场和3D人类骨架，以产生观察到的对应对应。由于3D人类骨骼更容易观察到，因此它们可以正规化变形场的学习。此外，可以通过输入骨骼运动来控制姿势驱动的变形场，以生成新的变形字段来动画规范人类模型。实验表明，我们的方法显着优于最近的人类建模方法。该代码可在https://zju3dv.github.io/animatable_nerf/上获得。