单像人类的重新构成旨在通过将输入图像分解为反照率，形状和照明，以在新的照明条件下重新确定目标人。尽管可以实现合理的重新确定结果，但以前的方法均遭受反照率和照明之间的纠缠以及缺乏硬阴影的纠缠，这大大降低了现实主义。为了解决这两个问题，我们提出了一个几何学意识到的单像人类重心框架，该框架利用单位图几何重建来共同部署传统的图形渲染和神经渲染技术。对于脱光灯，我们探索了UNET架构的缺点，并提出了修改后的HRNET，从而在反照率和照明之间获得了更好的分解。为了获得重新，我们引入了一个基于射线跟踪的每个像素照明表示形式，该表示明确地对高频阴影进行了建模，并提出了一个基于学习的阴影修补模块，以恢复来自射线追踪的阴影图的逼真的逼真的阴影（包括硬铸造阴影）。我们的框架能够生成照片逼真的高频阴影，例如在挑战性的照明条件下铸造阴影。广泛的实验表明，我们提出的方法在合成图像和真实图像上都优于先前的方法。

鉴于一个人的肖像图像和目标照明的环境图，肖像重新旨在重新刷新图像中的人，就好像该人出现在具有目标照明的环境中一样。为了获得高质量的结果，最近的方法依靠深度学习。一种有效的方法是用高保真输入输出对的高保真数据集监督对深神经网络的培训，并以光阶段捕获。但是，获取此类数据需要昂贵的特殊捕获钻机和耗时的工作，从而限制了对少数机智的实验室的访问。为了解决限制，我们提出了一种新方法，该方法可以与最新的（SOTA）重新确定方法相提并论，而无需光阶段。我们的方法基于这样的意识到，肖像图像的成功重新重新取决于两个条件。首先，该方法需要模仿基于物理的重新考虑的行为。其次，输出必须是逼真的。为了满足第一个条件，我们建议通过通过虚拟光阶段生成的训练数据来训练重新网络，该培训数据在不同的环境图下对各种3D合成人体进行了基于物理的渲染。为了满足第二种条件，我们开发了一种新型的合成对真实方法，以将光真实主义带入重新定向网络输出。除了获得SOTA结果外，我们的方法还提供了与先前方法相比的几个优点，包括可控的眼镜和更暂时的结果以重新欣赏视频。

照明是摄影的决定因素，它影响了情感的样式，表达甚至图像的质量。实际上，创建或找到令人满意的照明条件是费力且耗时的，因此开发一种技术来操纵图像中的照明是非常有价值的。尽管以前的作品已经基于重新保留图像的物理观点探索了技术，但是对于生成合理的图像，必须进行广泛的监督和先验知识，从而限制了这些作品的概括能力。相比之下，我们采用图像到图像翻译的观点，并暗中合并了传统物理观点的观念。在本文中，我们提出了一个照明感知网络（IAN），该网络遵循从层次采样到从单个图像中逐步重新重新效率的指导。此外，旨在近似物理渲染过程并提取光源的精确描述以进行进一步操作，旨在近似物理渲染过程。我们还引入了一个深度引导的几何编码器，以获取有价值的几何形状和与结构相关的表示，一旦深度信息可用。实验结果表明，我们提出的方法比以前的最先进方法产生更好的定量和定性重新确定结果。代码和模型可在https://github.com/nk-cs-zzl/ian上公开可用。

图像协调旨在调整前景的外观，使其更兼容背景。由于对背景照明方向缺乏了解，现有的作品无法产生现实的前景着色。在本文中，我们将图像协调分解为两个子问题：1）背景图像的照明估计和前景对象的渲染。在解决这两个子问题之前，我们首先通过神经渲染框架学习方向感知的照明描述符，其中密钥是一个着色模块，其将阴影场分解为给定深度信息的多个着色组件。然后我们设计背景照明估计模块，以从背景中提取方向感知的照明描述符。最后，照明描述符与神经渲染框架结合使用，以生成包含新颖谐波阴影的统一前景图像。此外，我们构建了一种照片 - 现实的合成图像协调数据集，其包含基于图像的照明的许多阴影变化。对该数据集的广泛实验证明了该方法的有效性。我们的数据集和代码将公开可用。

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。

从单个图像重建高保真3D面部纹理是一个具有挑战性的任务，因为缺乏完整的面部信息和3D面和2D图像之间的域间隙。最新作品通过应用基于代或基于重建的方法来解决面部纹理重建问题。尽管各种方法具有自身的优势，但它们不能恢复高保真和可重新可传送的面部纹理，其中术语“重新可调剂”要求面部质地在空间地完成和与环境照明中脱颖而出。在本文中，我们提出了一种新颖的自我监督学习框架，用于从野外的单视图重建高质量的3D面。我们的主要思想是首先利用先前的一代模块来生产先前的Albedo，然后利用细节细化模块来获得详细的Albedo。为了进一步使面部纹理解开照明，我们提出了一种新颖的详细的照明表示，该表现在一起与详细的Albedo一起重建。我们还在反照侧和照明方面设计了几种正规化损失功能，以便于解散这两个因素。最后，由于可怜的渲染技术，我们的神经网络可以以自我监督的方式有效地培训。关于具有挑战性的数据集的广泛实验表明，我们的框架在定性和定量比较方面显着优于最先进的方法。

用于运动中的人类的新型视图综合是一个具有挑战性的计算机视觉问题，使得诸如自由视视频之类的应用。现有方法通常使用具有多个输入视图，3D监控或预训练模型的复杂设置，这些模型不会概括为新标识。旨在解决这些限制，我们提出了一种新颖的视图综合框架，以从单视图传感器捕获的任何人的看法生成现实渲染，其具有稀疏的RGB-D，类似于低成本深度摄像头，而没有参与者特定的楷模。我们提出了一种架构来学习由基于球体的神经渲染获得的小说视图中的密集功能，并使用全局上下文修复模型创建完整的渲染。此外，增强剂网络利用了整体保真度，即使在原始视图中的遮挡区域中也能够产生细节的清晰渲染。我们展示了我们的方法为单个稀疏RGB-D输入产生高质量的合成和真实人体演员的新颖视图。它概括了看不见的身份，新的姿势，忠实地重建面部表情。我们的方法优于现有人体观测合成方法，并且对不同水平的输入稀疏性具有稳健性。

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。

在过去几年中，许多面部分析任务已经完成了惊人的性能，其中应用包括来自单个“野外”图像的面部生成和3D面重建。尽管如此，据我们所知，没有方法可以从“野外”图像中产生渲染的高分辨率3D面，并且这可以归因于：（a）可用数据的跨度进行培训（b）缺乏可以成功应用于非常高分辨率数据的强大方法。在这项工作中，我们介绍了一种能够从单个“野外”图像中重建光电型渲染3D面部几何和BRDF的第一种方法。我们捕获了一个大型的面部形状和反射率，我们已经公开了。我们用精确的面部皮肤漫射和镜面反射，自遮挡和地下散射近似来定义快速面部光电型拟型渲染方法。有了这一点，我们训练一个网络，将面部漫射和镜面BRDF组件与烘焙照明的形状和质地一起脱颖而出，以最先进的3DMM配件方法重建。我们的方法通过显着的余量优于现有技术，并从单个低分辨率图像重建高分辨率3D面，这可以在各种应用中呈现，并桥接不一体谷。

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}.

我们提出了一种新的方法来获取来自在线图像集合的对象表示，从具有不同摄像机，照明和背景的照片捕获任意物体的高质量几何形状和材料属性。这使得各种以各种对象渲染应用诸如新颖的综合，致密和协调的背景组合物，从疯狂的内部输入。使用多级方法延伸神经辐射场，首先推断表面几何形状并优化粗估计的初始相机参数，同时利用粗糙的前景对象掩模来提高训练效率和几何质量。我们还介绍了一种强大的正常估计技术，其消除了几何噪声的效果，同时保持了重要细节。最后，我们提取表面材料特性和环境照明，以球形谐波表示，具有处理瞬态元素的延伸部，例如，锋利的阴影。这些组件的结合导致高度模块化和有效的对象采集框架。广泛的评估和比较证明了我们在捕获高质量的几何形状和外观特性方面的方法，可用于渲染应用。

我们考虑了户外照明估算的挑战性问题，即影像逼真的虚拟对象将其插入照片中的目标。现有在室外照明估计的作品通常将场景照明简化为环境图，该图无法捕获室外场景中的空间变化的照明效果。在这项工作中，我们提出了一种神经方法，该方法可以从单个图像中估算5D HDR光场，以及一个可区分的对象插入公式，该公式可以通过基于图像的损失来端对端训练，从而鼓励现实主义。具体而言，我们设计了针对室外场景量身定制的混合照明表示，其中包含一个HDR Sky Dome，可处理太阳的极端强度，并具有体积的照明表示，该代表模拟了周围场景的空间变化外观。通过估计的照明，我们的阴影感知对象插入是完全可区分的，这使得对复合图像的对抗训练可以为照明预测提供其他监督信号。我们在实验上证明，混合照明表示比现有的室外照明估计方法更具性能。我们进一步显示了AR对象插入在自主驾驶应用程序中的好处，在对我们的增强数据进行培训时，我们可以在其中获得3D对象检测器的性能提高。

我们提出了Boareskinnet，这是一种新颖的方法，可以同时去除面部图像的化妆和照明影响。我们的方法利用3D形态模型，不需要参考干净的面部图像或指定的光条件。通过结合3D面重建的过程，我们可以轻松获得3D几何和粗3D纹理。使用此信息，我们可以通过图像翻译网络推断出归一化的3D面纹理图（扩散，正常，粗糙和镜面）。因此，没有不良信息的重建3D面部纹理将显着受益于随后的过程，例如重新照明或重新制作。在实验中，我们表明Bareskinnet优于最先进的化妆方法。此外，我们的方法有助于卸妆以生成一致的高保真纹理图，这使其可扩展到许多现实的面部生成应用。它还可以在相应的3D数据之前和之后自动构建面部化妆图像的图形资产。这将有助于艺术家加速他们的作品，例如3D Makeup Avatar创作。

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。

We propose RANA, a relightable and articulated neural avatar for the photorealistic synthesis of humans under arbitrary viewpoints, body poses, and lighting. We only require a short video clip of the person to create the avatar and assume no knowledge about the lighting environment. We present a novel framework to model humans while disentangling their geometry, texture, and also lighting environment from monocular RGB videos. To simplify this otherwise ill-posed task we first estimate the coarse geometry and texture of the person via SMPL+D model fitting and then learn an articulated neural representation for photorealistic image generation. RANA first generates the normal and albedo maps of the person in any given target body pose and then uses spherical harmonics lighting to generate the shaded image in the target lighting environment. We also propose to pretrain RANA using synthetic images and demonstrate that it leads to better disentanglement between geometry and texture while also improving robustness to novel body poses. Finally, we also present a new photorealistic synthetic dataset, Relighting Humans, to quantitatively evaluate the performance of the proposed approach.

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。

我们提出了一个深层神经网络，用于从不受约束的肖像图像中删除不良阴影特征，从而恢复基础纹理。我们的培训计划纳入了三种正则化策略：蒙面损失，以强调高频阴影特征；软阴影损失，改善了对照明微妙变化的敏感性；和阴影偏移估计，以监督阴影和纹理的分离。与最先进的方法相比，我们的方法表明了质量和概括的改善。我们进一步展示了我们的愉悦方法如何增强光敏的计算机视觉任务任务（例如面部重新放置和语义解析）的性能，从而使它们能够处理极端的照明条件。

我们提出了HRF-NET，这是一种基于整体辐射场的新型视图合成方法，该方法使用一组稀疏输入来呈现新视图。最近的概括视图合成方法还利用了光辉场，但渲染速度不是实时的。现有的方法可以有效地训练和呈现新颖的观点，但它们无法概括地看不到场景。我们的方法解决了用于概括视图合成的实时渲染问题，并由两个主要阶段组成：整体辐射场预测指标和基于卷积的神经渲染器。该架构不仅基于隐式神经场的一致场景几何形状，而且还可以使用单个GPU有效地呈现新视图。我们首先在DTU数据集的多个3D场景上训练HRF-NET，并且网络只能仅使用光度损耗就看不见的真实和合成数据产生合理的新视图。此外，我们的方法可以利用单个场景的密集参考图像集来产生准确的新颖视图，而无需依赖其他明确表示，并且仍然保持了预训练模型的高速渲染。实验结果表明，HRF-NET优于各种合成和真实数据集的最先进的神经渲染方法。

Human modeling and relighting are two fundamental problems in computer vision and graphics, where high-quality datasets can largely facilitate related research. However, most existing human datasets only provide multi-view human images captured under the same illumination. Although valuable for modeling tasks, they are not readily used in relighting problems. To promote research in both fields, in this paper, we present UltraStage, a new 3D human dataset that contains more than 2K high-quality human assets captured under both multi-view and multi-illumination settings. Specifically, for each example, we provide 32 surrounding views illuminated with one white light and two gradient illuminations. In addition to regular multi-view images, gradient illuminations help recover detailed surface normal and spatially-varying material maps, enabling various relighting applications. Inspired by recent advances in neural representation, we further interpret each example into a neural human asset which allows novel view synthesis under arbitrary lighting conditions. We show our neural human assets can achieve extremely high capture performance and are capable of representing fine details such as facial wrinkles and cloth folds. We also validate UltraStage in single image relighting tasks, training neural networks with virtual relighted data from neural assets and demonstrating realistic rendering improvements over prior arts. UltraStage will be publicly available to the community to stimulate significant future developments in various human modeling and rendering tasks.

给定一组场景的图像，从新颖的观点和照明条件中重新渲染了这个场景是计算机视觉和图形中的一个重要且具有挑战性的问题。一方面，计算机视觉中的大多数现有作品通常对图像形成过程（例如直接照明和预定义的材料，以使场景参数估计可进行。另一方面，成熟的计算机图形工具允许对所有场景参数进行复杂的照片现实光传输的建模。结合了这些方法，我们通过学习神经预先计算的辐射转移功能，提出了一种在新观点下重新考虑的场景方法，该方法使用新颖的环境图隐含地处理全球照明效应。在单个未知的照明条件下，我们的方法可以仅在场景的一组真实图像上进行监督。为了消除训练期间的任务，我们在训练过程中紧密整合了可区分的路径示踪剂，并提出了合成的OLAT和真实图像丢失的组合。结果表明，场景参数的恢复分离在目前的现状，因此，我们的重新渲染结果也更加现实和准确。