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。

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。

为了使3D人的头像广泛可用，我们必须能够在任意姿势中产生各种具有不同身份和形状的多种3D虚拟人。由于衣服的身体形状，复杂的关节和由此产生的丰富，随机几何细节，这项任务是挑战的挑战。因此，目前代表3D人的方法不提供服装中的人的全部生成模型。在本文中，我们提出了一种新的方法，这些方法可以学习在具有相应的剥皮重量的各种衣服中产生详细的3D形状。具体而言，我们设计了一个多主题前进的剥皮模块，这些模块只有几个受试者的未预装扫描。为了捕获服装中高频细节的随机性，我们利用对抗的侵害制定，鼓励模型捕获潜在统计数据。我们提供了经验证据，这导致了皱纹的局部细节的现实生成。我们表明我们的模型能够产生佩戴各种和详细的衣服的自然人头像。此外，我们表明我们的方法可以用于拟合人类模型到原始扫描的任务，优于以前的最先进。

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.

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。

We introduce Structured 3D Features, a model based on a novel implicit 3D representation that pools pixel-aligned image features onto dense 3D points sampled from a parametric, statistical human mesh surface. The 3D points have associated semantics and can move freely in 3D space. This allows for optimal coverage of the person of interest, beyond just the body shape, which in turn, additionally helps modeling accessories, hair, and loose clothing. Owing to this, we present a complete 3D transformer-based attention framework which, given a single image of a person in an unconstrained pose, generates an animatable 3D reconstruction with albedo and illumination decomposition, as a result of a single end-to-end model, trained semi-supervised, and with no additional postprocessing. We show that our S3F model surpasses the previous state-of-the-art on various tasks, including monocular 3D reconstruction, as well as albedo and shading estimation. Moreover, we show that the proposed methodology allows novel view synthesis, relighting, and re-posing the reconstruction, and can naturally be extended to handle multiple input images (e.g. different views of a person, or the same view, in different poses, in video). Finally, we demonstrate the editing capabilities of our model for 3D virtual try-on applications.

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。

仅使用单视2D照片的收藏集对3D感知生成对抗网络（GAN）的无监督学习最近取得了很多进展。然而，这些3D gan尚未证明人体，并且现有框架的产生的辐射场不是直接编辑的，从而限制了它们在下游任务中的适用性。我们通过开发一个3D GAN框架来解决这些挑战的解决方案，该框架学会在规范的姿势中生成人体或面部的辐射场，并使用显式变形场将其扭曲成所需的身体姿势或面部表达。使用我们的框架，我们展示了人体的第一个高质量的辐射现场生成结果。此外，我们表明，与未接受明确变形训练的3D GAN相比，在编辑其姿势或面部表情时，我们的变形感知训练程序可显着提高产生的身体或面部的质量。

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

In this paper, we take a significant step towards real-world applicability of monocular neural avatar reconstruction by contributing InstantAvatar, a system that can reconstruct human avatars from a monocular video within seconds, and these avatars can be animated and rendered at an interactive rate. To achieve this efficiency we propose a carefully designed and engineered system, that leverages emerging acceleration structures for neural fields, in combination with an efficient empty space-skipping strategy for dynamic scenes. We also contribute an efficient implementation that we will make available for research purposes. Compared to existing methods, InstantAvatar converges 130x faster and can be trained in minutes instead of hours. It achieves comparable or even better reconstruction quality and novel pose synthesis results. When given the same time budget, our method significantly outperforms SoTA methods. InstantAvatar can yield acceptable visual quality in as little as 10 seconds training time.

We present HARP (HAnd Reconstruction and Personalization), a personalized hand avatar creation approach that takes a short monocular RGB video of a human hand as input and reconstructs a faithful hand avatar exhibiting a high-fidelity appearance and geometry. In contrast to the major trend of neural implicit representations, HARP models a hand with a mesh-based parametric hand model, a vertex displacement map, a normal map, and an albedo without any neural components. As validated by our experiments, the explicit nature of our representation enables a truly scalable, robust, and efficient approach to hand avatar creation. HARP is optimized via gradient descent from a short sequence captured by a hand-held mobile phone and can be directly used in AR/VR applications with real-time rendering capability. To enable this, we carefully design and implement a shadow-aware differentiable rendering scheme that is robust to high degree articulations and self-shadowing regularly present in hand motion sequences, as well as challenging lighting conditions. It also generalizes to unseen poses and novel viewpoints, producing photo-realistic renderings of hand animations performing highly-articulated motions. Furthermore, the learned HARP representation can be used for improving 3D hand pose estimation quality in challenging viewpoints. The key advantages of HARP are validated by the in-depth analyses on appearance reconstruction, novel-view and novel pose synthesis, and 3D hand pose refinement. It is an AR/VR-ready personalized hand representation that shows superior fidelity and scalability.

在规范空间中对人体进行建模是捕捉和动画的常见实践。但是，当涉及神经辐射场（NERF）时，在规范空间中学习静态NERF是不够的，因为即使人体移动时，即使场景照明是恒定的，身体的照明也会变化。以前的方法通过学习人均嵌入来减轻照明的不一致，但是此操作并不能推广到看不见的姿势。鉴于照明条件在世界空间中是静态的，而人体在规范空间中是一致的，我们提出了一个双空间的nerf，该nerf在场景照明和人体中对两个单独空间的两个MLP进行建模。为了弥合这两个空间，以前的方法主要依赖于线性混合剥皮（LBS）算法。但是，动态神经场的LB的混合重量很难棘手，因此通常用另一个MLP记住，这不会推广到新型姿势。尽管可以借用参数网格（例如SMPL）的混合权重，但插值操作会引入更多的伪像。在本文中，我们建议使用Barycentric映射，该映射可以直接概括为看不见的姿势并出奇地取得了比具有神经混合重量的LB的优势。人类36M和ZJU-MOCAP数据集的定量和定性结果显示了我们方法的有效性。

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。

神经隐式表面表示作为有希望以连续和独立的方式捕获3D形状的承诺范式。然而，将它们适应铰接形状是非微不足道的。现有方法学习落后的扭曲领域，即地图变形到规范点。然而，这是有问题的，因为后向扭曲字段依赖于姿势，因此需要大量数据来学习。为了解决这个问题，我们通过学习前向变形领域而没有直接监督，将多边形网格与神经隐式表面的线性混合皮肤（LBS）的优势相结合的Snarf。该变形场在规范，姿势独立的空间中定义，允许概括地看不见。学习从姿势网格中的变形字段独立地是具有挑战性，因为变形点的对应关系被隐含地定义，并且在拓扑的变化下可能不是唯一的。我们提出了一种前瞻性的剥皮模型，使用迭代根发现，找到任何变形点的所有规范对应关系。我们通过隐式差分派生分析梯度，从而实现从3D网格与骨骼变换的端到端训练。与最先进的神经隐式表示相比，我们的方法在保持准确性的同时，我们的方法更好地展示了未经造成的姿势。我们展示了我们在多样化和看不见的姿态上挑战（披装）3D人类的具有挑战性的方法。

铰接式3D形状重建的事先工作通常依赖于专用传感器（例如，同步的多摄像机系统）或预先构建的3D可变形模型（例如，Smal或SMPL）。这些方法无法在野外扩展到不同的各种物体。我们呈现Banmo，这是一种需要专用传感器的方法，也不需要预定义的模板形状。 Banmo在可怜的渲染框架中从许多单眼休闲视频中建立高保真，铰接式的3D模型（包括形状和动画皮肤的重量）。虽然许多视频的使用提供了更多的相机视图和对象关节的覆盖范围，但它们在建立不同背景，照明条件等方面建立了重大挑战。我们的主要洞察力是合并三所思想学校; （1）使用铰接骨骼和混合皮肤的经典可变形形状模型，（2）可容纳基于梯度的优化，（3）在像素之间产生对应关系的规范嵌入物模型。我们介绍了神经混合皮肤模型，可允许可微分和可逆的铰接变形。与规范嵌入式结合时，这些模型允许我们在跨越可通过循环一致性自我监督的视频中建立密集的对应。在真实和合成的数据集上，Banmo显示比人类和动物的先前工作更高保真3D重建，具有从新颖的观点和姿势的现实图像。项目网页：Banmo-www.github.io。

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...

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。

为了解决由单眼人类体积捕获中部分观察结果引起的不足问题，我们提出了Avatarcap，这是一个新颖的框架，该框架将可动画的化身引入了可见和不可见区域中高保真重建的捕获管道中。我们的方法首先为该主题创建一个可动画化的化身，从少量（〜20）的3D扫描作为先验。然后给出了该主题的单眼RGB视频，我们的方法集成了图像观察和头像先验的信息，因此无论可见性如何，都会重新构建具有动态细节的高保真3D纹理模型。为了学习有效的头像，仅从少数样品中捕获体积捕获，我们提出了GeoteXavatar，该地理Xavatar利用几何和纹理监督以分解的隐式方式限制了姿势依赖性动力学。进一步提出了一种涉及规范正常融合和重建网络的头像条件的体积捕获方法，以在观察到的区域和无形区域中整合图像观测和化身动力学，以整合图像观测和头像动力学。总体而言，我们的方法可以通过详细的和姿势依赖性动力学实现单眼人体体积捕获，并且实验表明我们的方法优于最新的最新状态。代码可在https://github.com/lizhe00/avatarcap上找到。

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。

基于坐标的体积表示有可能从图像中生成光真实的虚拟化身。但是，即使是可能未观察到的新姿势，虚拟化身也需要控制。传统技术（例如LBS）提供了这样的功能；但是，通常需要手工设计的车身模板，3D扫描数据和有限的外观模型。另一方面，神经表示在表示视觉细节方面具有强大的作用，但在变形的动态铰接式参与者方面受到了探索。在本文中，我们提出了TAVA，这是一种基于神经表示形式创建无象光动画体积参与者的方法。我们仅依靠多视图数据和跟踪的骨骼来创建演员的体积模型，该模型可以在给定的新颖姿势的测试时间中进行动画。由于塔瓦不需要身体模板，因此它适用于人类以及其他动物（例如动物）。此外，Tava的设计使其可以恢复准确的密集对应关系，从而使其适合于内容创建和编辑任务。通过广泛的实验，我们证明了所提出的方法可以很好地推广到新颖的姿势以及看不见的观点和展示基本的编辑功能。