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.

体积神经渲染方法，例如神经辐射场（NERFS），已实现了光真实的新型视图合成。但是，以其标准形式，NERF不支持场景中的物体（例如人头）的编辑。在这项工作中，我们提出了Rignerf，该系统不仅仅是仅仅是新颖的视图综合，并且可以完全控制头姿势和从单个肖像视频中学到的面部表情。我们使用由3D可变形面模型（3DMM）引导的变形场对头姿势和面部表情的变化进行建模。 3DMM有效地充当了Rignerf的先验，该rignerf学会仅预测3DMM变形的残留物，并使我们能够在输入序列中呈现不存在的新颖（刚性）姿势和（非刚性）表达式。我们仅使用智能手机捕获的简短视频进行培训，我们证明了我们方法在自由视图合成肖像场景的有效性，并具有明确的头部姿势和表达控制。项目页面可以在此处找到：http：//shahrukhathar.github.io/2022/06/06/rignerf.html

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。

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。

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...

我们提出了一些动态神经辐射场（FDNERF），这是第一种基于NERF的方法，能够根据少量动态图像重建和表达3D面的表达编辑。与需要密集图像作为输入的现有动态NERF不同，并且只能为单个身份建模，我们的方法可以使跨不同人的不同人进行面对重建。与设计用于建模静态场景的最先进的几杆NERF相比，提出的FDNERF接受视图的动态输入，并支持任意的面部表达编辑，即产生具有输入超出输入的新表达式的面孔。为了处理动态输入之间的不一致之处，我们引入了精心设计的条件特征翘曲（CFW）模块，以在2D特征空间中执行表达条件的翘曲，这也是身份自适应和3D约束。结果，不同表达式的特征被转换为目标的特征。然后，我们根据这些视图一致的特征构建一个辐射场，并使用体积渲染来合成建模面的新型视图。进行定量和定性评估的广泛实验表明，我们的方法在3D面重建和表达编辑任务上都优于现有的动态和几乎没有射击的NERF。我们的代码和模型将在接受后提供。

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。

传统的变形面模型提供了对表达的细粒度控制，但不能轻易捕获几何和外观细节。神经体积表示方法是光学 - 现实主义，但很难动画，并没有概括到看不见的表达。为了解决这个问题，我们提出了iMavatar（隐式的可变头像），这是一种从单眼视频学习隐含头头像的新方法。灵感来自传统3DMMS提供的细粒度控制机制，我们代表了通过学习的闪打和剥皮领域的表达和与姿势相关的变形。这些属性是姿势独立的，可用于使规范几何形状和纹理字段变成新颖的表达和姿势参数。我们使用射线跟踪和迭代根发现来定位每个像素的规范表面交叉点。关键贡献是我们的新型分析梯度制定，可实现来自视频的imavatars的端到端培训。我们的定量和定性地显示了我们的方法改善了几何形状，并与最先进的方法相比，涵盖了更完整的表达空间。

隐式辐射功能作为重建和渲染3D场景的照片真实观点的强大场景表示形式出现。但是，这些表示的编辑性差。另一方面，诸如多边形网格之类的显式表示允许易于编辑，但不适合重建动态的人头中的准确细节，例如精细的面部特征，头发，牙齿，牙齿和眼睛。在这项工作中，我们提出了神经参数化（NEP），这是一种混合表示，提供了隐式和显式方法的优势。 NEP能够进行照片真实的渲染，同时允许对场景的几何形状和外观进行细粒度编辑。我们首先通过将3D几何形状参数化为2D纹理空间来解开几何形状和外观。我们通过引入显式线性变形层来启用几何编辑性。变形由一组稀疏的密钥点控制，可以明确和直观地移位以编辑几何形状。对于外观，我们开发了一个混合2D纹理，该纹理由明确的纹理图组成，以易于编辑和隐式视图以及时间相关的残差，以建模时间和视图变化。我们将我们的方法与几个重建和编辑基线进行比较。结果表明，NEP在保持高编辑性的同时达到了几乎相同的渲染精度。

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。

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。

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.

where the highest resolution is required, using facial performance capture as a case in point.

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。

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.

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

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.

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.

High-fidelity facial avatar reconstruction from a monocular video is a significant research problem in computer graphics and computer vision. Recently, Neural Radiance Field (NeRF) has shown impressive novel view rendering results and has been considered for facial avatar reconstruction. However, the complex facial dynamics and missing 3D information in monocular videos raise significant challenges for faithful facial reconstruction. In this work, we propose a new method for NeRF-based facial avatar reconstruction that utilizes 3D-aware generative prior. Different from existing works that depend on a conditional deformation field for dynamic modeling, we propose to learn a personalized generative prior, which is formulated as a local and low dimensional subspace in the latent space of 3D-GAN. We propose an efficient method to construct the personalized generative prior based on a small set of facial images of a given individual. After learning, it allows for photo-realistic rendering with novel views and the face reenactment can be realized by performing navigation in the latent space. Our proposed method is applicable for different driven signals, including RGB images, 3DMM coefficients, and audios. Compared with existing works, we obtain superior novel view synthesis results and faithfully face reenactment performance.

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.