Figure 1: Manipulating various facial attributes through varying the latent codes of a well-trained GAN model. The first column shows the original synthesis from PGGAN [21], while each of the other columns shows the results of manipulating a specific attribute.

Although Generative Adversarial Networks (GANs) have made significant progress in face synthesis, there lacks enough understanding of what GANs have learned in the latent representation to map a random code to a photo-realistic image. In this work, we propose a framework called InterFaceGAN to interpret the disentangled face representation learned by the state-of-the-art GAN models and study the properties of the facial semantics encoded in the latent space. We first find that GANs learn various semantics in some linear subspaces of the latent space. After identifying these subspaces, we can realistically manipulate the corresponding facial attributes without retraining the model. We then conduct a detailed study on the correlation between different semantics and manage to better disentangle them via subspace projection, resulting in more precise control of the attribute manipulation. Besides manipulating the gender, age, expression, and presence of eyeglasses, we can even alter the face pose and fix the artifacts accidentally made by GANs. Furthermore, we perform an in-depth face identity analysis and a layer-wise analysis to evaluate the editing results quantitatively. Finally, we apply our approach to real face editing by employing GAN inversion approaches and explicitly training feed-forward models based on the synthetic data established by InterFaceGAN. Extensive experimental results suggest that learning to synthesize faces spontaneously brings a disentangled and controllable face representation.

Recent work has shown that a variety of semantics emerge in the latent space of Generative Adversarial Networks (GANs) when being trained to synthesize images. However, it is difficult to use these learned semantics for real image editing. A common practice of feeding a real image to a trained GAN generator is to invert it back to a latent code. However, existing inversion methods typically focus on reconstructing the target image by pixel values yet fail to land the inverted code in the semantic domain of the original latent space. As a result, the reconstructed image cannot well support semantic editing through varying the inverted code. To solve this problem, we propose an in-domain GAN inversion approach, which not only faithfully reconstructs the input image but also ensures the inverted code to be semantically meaningful for editing. We first learn a novel domain-guided encoder to project a given image to the native latent space of GANs. We then propose domain-regularized optimization by involving the encoder as a regularizer to fine-tune the code produced by the encoder and better recover the target image. Extensive experiments suggest that our inversion method achieves satisfying real image reconstruction and more importantly facilitates various image editing tasks, significantly outperforming start-of-the-arts. 1

A rich set of interpretable dimensions has been shown to emerge in the latent space of the Generative Adversarial Networks (GANs) trained for synthesizing images. In order to identify such latent dimensions for image editing, previous methods typically annotate a collection of synthesized samples and train linear classifiers in the latent space. However, they require a clear definition of the target attribute as well as the corresponding manual annotations, limiting their applications in practice. In this work, we examine the internal representation learned by GANs to reveal the underlying variation factors in an unsupervised manner. In particular, we take a closer look into the generation mechanism of GANs and further propose a closed-form factorization algorithm for latent semantic discovery by directly decomposing the pre-trained weights. With a lightning-fast implementation, our approach is capable of not only finding semantically meaningful dimensions comparably to the state-of-the-art supervised methods, but also resulting in far more versatile concepts across multiple GAN models trained on a wide range of datasets. 1

事实证明，通过倒转和操纵与输入真实图像相对应的潜在代码，生成的对抗网络（GAN）对于图像编辑非常有效。这种编辑属性来自潜在空间的分离性质。在本文中，我们确定面部属性分离不是最佳的，因此依靠线性属性分离的面部编辑是有缺陷的。因此，我们建议通过监督改善语义分解。我们的方法包括使用归一化流量学习代理潜在表示，我们证明这会为面部图像编辑提供更有效的空间。

Recent 3D-aware GANs rely on volumetric rendering techniques to disentangle the pose and appearance of objects, de facto generating entire 3D volumes rather than single-view 2D images from a latent code. Complex image editing tasks can be performed in standard 2D-based GANs (e.g., StyleGAN models) as manipulation of latent dimensions. However, to the best of our knowledge, similar properties have only been partially explored for 3D-aware GAN models. This work aims to fill this gap by showing the limitations of existing methods and proposing LatentSwap3D, a model-agnostic approach designed to enable attribute editing in the latent space of pre-trained 3D-aware GANs. We first identify the most relevant dimensions in the latent space of the model controlling the targeted attribute by relying on the feature importance ranking of a random forest classifier. Then, to apply the transformation, we swap the top-K most relevant latent dimensions of the image being edited with an image exhibiting the desired attribute. Despite its simplicity, LatentSwap3D provides remarkable semantic edits in a disentangled manner and outperforms alternative approaches both qualitatively and quantitatively. We demonstrate our semantic edit approach on various 3D-aware generative models such as pi-GAN, GIRAFFE, StyleSDF, MVCGAN, EG3D and VolumeGAN, and on diverse datasets, such as FFHQ, AFHQ, Cats, MetFaces, and CompCars. The project page can be found: \url{https://enisimsar.github.io/latentswap3d/}.

生成对抗网络（GAN）已广泛应用于建模各种图像分布。然而，尽管具有令人印象深刻的应用，但甘恩（Gans）中潜在空间的结构在很大程度上仍然是一个黑框，使其可控的一代问题是一个开放的问题，尤其是当图像分布中存在不同语义属性之间的虚假相关性时。为了解决此问题，以前的方法通常会学习控制图像空间中语义属性的线性方向或单个通道。但是，他们通常会遭受不完美的分解，或者无法获得多向控制。在这项工作中，根据上述挑战，我们提出了一种新的方法，可以发现非线性控件，该方法基于学识渊博的gan潜在空间中的梯度信息，可以实现多个方向的操作以及有效的分解。更具体地说，我们首先通过从对属性分别训练的分类网络中遵循梯度来学习插值方向，然后通过专门控制针对目标属性在学习的方向上激活目标属性的通道来导航潜在空间。从经验上讲，借助小型培训数据，我们的方法能够获得对各种双向和多方向属性的细粒度控制，并且我们展示了其实现分离的能力，其能力明显优于先进方法。定性和定量。

反转生成对抗网络（GAN）可以使用预训练的发电机来促进广泛的图像编辑任务。现有方法通常采用gan的潜在空间作为反转空间，但观察到空间细节的恢复不足。在这项工作中，我们建议涉及发电机的填充空间，以通过空间信息补充潜在空间。具体来说，我们替换具有某些实例感知系数的卷积层中使用的恒定填充（例如，通常为零）。通过这种方式，可以适当地适当地适应了预训练模型中假定的归纳偏差以适合每个单独的图像。通过学习精心设计的编码器，我们设法在定性和定量上提高了反演质量，超过了现有的替代方案。然后，我们证明了这样的空间扩展几乎不会影响天然甘纳的歧管，因此我们仍然可以重复使用甘斯（Gans）对各种下游应用学到的先验知识。除了在先前的艺术中探讨的编辑任务外，我们的方法还可以进行更灵活的图像操纵，例如对面部轮廓和面部细节的单独控制，并启用一种新颖的编辑方式，用户可以高效地自定义自己的操作。

现在，使用最近的生成对抗网络（GAN）可以使用高现实主义的不受约束图像产生。但是，用给定的一组属性生成图像非常具有挑战性。最近的方法使用基于样式的GAN模型来执行图像编辑，通过利用发电机层中存在的语义层次结构。我们提出了一些基于潜在的属性操纵和编辑（火焰），这是一个简单而有效的框架，可通过潜在空间操纵执行高度控制的图像编辑。具体而言，我们估计了控制生成图像中语义属性的潜在空间（预训练样式的）中的线性方向。与以前的方法相反，这些方法依赖于大规模属性标记的数据集或属性分类器，而火焰则使用一些策划的图像对的最小监督来估算删除的编辑指示。火焰可以在保留身份的同时，在各种图像集上同时进行高精度和顺序编辑。此外，我们提出了一项新颖的属性样式操纵任务，以生成各种样式的眼镜和头发等属性。我们首先编码相同身份的一组合成图像，但在潜在空间中具有不同的属性样式，以估计属性样式歧管。从该歧管中采样新的潜在将导致生成图像中的新属性样式。我们提出了一种新颖的抽样方法，以从歧管中采样潜在的样品，使我们能够生成各种属性样式，而不是训练集中存在的样式。火焰可以以分离的方式生成多种属性样式。我们通过广泛的定性和定量比较来说明火焰与先前的图像编辑方法相对于先前的图像编辑方法的卓越性能。火焰在多个数据集（例如汽车和教堂）上也很好地概括了。

由于其语义上的理解和用户友好的可控性，通过三维引导，通过三维引导的面部图像操纵已广泛应用于各种交互式场景。然而，现有的基于3D形式模型的操作方法不可直接适用于域名面，例如非黑色素化绘画，卡通肖像，甚至是动物，主要是由于构建每个模型的强大困难具体面部域。为了克服这一挑战，据我们所知，我们建议使用人为3DMM操纵任意域名的第一种方法。这是通过两个主要步骤实现的：1）从3DMM参数解开映射到潜在的STYLEGO2的潜在空间嵌入，可确保每个语义属性的解除响应和精确的控制; 2）通过实施一致的潜空间嵌入，桥接域差异并使人类3DMM适用于域外面的人类3DMM。实验和比较展示了我们高质量的语义操作方法在各种面部域中的优越性，所有主要3D面部属性可控姿势，表达，形状，反照镜和照明。此外，我们开发了直观的编辑界面，以支持用户友好的控制和即时反馈。我们的项目页面是https://cassiepython.github.io/cddfm3d/index.html

尽管使用StyleGan进行语义操纵的最新进展，但对真实面孔的语义编辑仍然具有挑战性。 $ W $空间与$ W $+空间之间的差距需要重建质量与编辑质量之间的不良权衡。为了解决这个问题，我们建议通过用基于注意的变压器代替Stylegan映射网络中的完全连接的层来扩展潜在空间。这种简单有效的技术将上述两个空间整合在一起，并将它们转换为一个名为$ W $ ++的新的潜在空间。我们的修改后的Stylegan保持了原始StyleGan的最新一代质量，并具有中等程度的多样性。但更重要的是，提议的$ W $ ++空间在重建质量和编辑质量方面都取得了卓越的性能。尽管有这些显着优势，但我们的$ W $ ++空间支持现有的反转算法和编辑方法，仅由于其与$ w/w $+空间的结构相似性，因此仅可忽略不计的修改。 FFHQ数据集上的广泛实验证明，我们提出的$ W $ ++空间显然比以前的$ w/w $+空间更可取。该代码可在https://github.com/anonsubm2021/transstylegan上公开提供。

多年来，2d Gans在影像肖像的一代中取得了巨大的成功。但是，他们在生成过程中缺乏3D理解，因此他们遇到了多视图不一致问题。为了减轻这个问题，已经提出了许多3D感知的甘斯，并显示出显着的结果，但是3D GAN在编辑语义属性方面努力。 3D GAN的可控性和解释性并未得到太多探索。在这项工作中，我们提出了两种解决方案，以克服2D GAN和3D感知gan的这些弱点。我们首先介绍了一种新颖的3D感知gan，Surf-Gan，它能够在训练过程中发现语义属性，并以无监督的方式控制它们。之后，我们将先验的Surf-GAN注入stylegan，以获得高保真3D控制的发电机。与允许隐姿姿势控制的现有基于潜在的方法不同，所提出的3D控制样式gan可实现明确的姿势控制对肖像生成的控制。这种蒸馏允许3D控制与许多基于样式的技术（例如，反转和风格化）之间的直接兼容性，并且在计算资源方面也带来了优势。我们的代码可从https://github.com/jgkwak95/surf-gan获得。

GAN的进展使高分辨率的感性质量形象产生了产生。 stylegans允许通过数学操作对W/W+空间中的潜在样式向量进行数学操作进行引人入胜的属性修改，从而有效调节生成器的丰富层次结构表示。最近，此类操作已被推广到原始StyleGan纸中的属性交换之外，以包括插值。尽管StyleGans有许多重大改进，但仍被认为会产生不自然的图像。生成的图像的质量基于两个假设。 （a）生成器学到的层次表示的丰富性，以及（b）样式空间的线性和平滑度。在这项工作中，我们提出了一个层次的语义正常化程序（HSR），该层次正常化程序将生成器学到的层次表示与大量数据学到的相应的强大功能保持一致。 HSR不仅可以改善发电机的表示，还可以改善潜在风格空间的线性和平滑度，从而导致产生更自然的样式编辑的图像。为了证明线性改善，我们提出了一种新型的度量 - 属性线性评分（ALS）。通过改善感知路径长度（PPL）度量的改善，在不同的标准数据集中平均16.19％的不自然图像的生成显着降低，同时改善了属性编辑任务中属性变化的线性变化。

已经显示了生成的对抗网络（GaN）的潜在空间在某些子空间内编码丰富的语义。为了识别这些子空间，研究人员通常从合成数据的集合分析统计信息，并且所识别的子空间倾向于在全局控制图像属性（即，操纵属性导致整个图像的变化）。相比之下，这项工作引入了低秩的子空间，使得GaN生成更精确地控制。具体地，给定任意图像和一个感兴趣区域（例如，面部图像的眼睛），我们设法将潜在空间与雅各比矩阵相关联，然后使用低秩分解来发现可转向潜在子空间。我们的方法有三种可区分优势，可以恰当地称为低利纳诺。首先，与现有工作中的分析算法相比，我们的雅各比人的低级别分解能够找到属性歧管的低维表示，使图像编辑更精确和可控。其次，低级别分子化自然地产生空间的属性，使得在其内移动潜在的代码仅影响感兴趣的外部区域。因此，可以通过将属性向量投影到空空间中来简单地实现本地图像编辑，而不依赖于现有方法所做的空间掩模。第三，我们的方法可以从一个图像中鲁布布地与本地区域一起使用，以进行分析，但概括到其他图像，在实践中易于使用。关于各种数据集培训的最先进的GaN模型（包括Stylegan2和Biggan）的大量实验证明了我们的LowRankaN的有效性。

由于简单但有效的训练机制和出色的图像产生质量，生成的对抗网络（GAN）引起了极大的关注。具有生成照片现实的高分辨率（例如$ 1024 \ times1024 $）的能力，最近的GAN模型已大大缩小了生成的图像与真实图像之间的差距。因此，许多最近的作品表明，通过利用良好的潜在空间和博学的gan先验来利用预先训练的GAN模型的新兴兴趣。在本文中，我们简要回顾了从三个方面利用预先培训的大规模GAN模型的最新进展，即1）大规模生成对抗网络的培训，2）探索和理解预训练的GAN模型，以及预先培训的GAN模型，以及3）利用这些模型进行后续任务，例如图像恢复和编辑。有关相关方法和存储库的更多信息，请访问https://github.com/csmliu/pretretaining-gans。

神经科学研究表明，大脑编码视觉内容并将信息嵌入神经活动中。最近，深度学习技术通过将大脑活动映射到使用生成的对抗网络（GAN）来刺激来解决视觉重建的尝试。但是，这些研究都没有考虑图像空间中潜在代码的语义含义。省略语义信息可能会限制性能。在这项研究中，我们提出了一个新框架，以从功能磁共振成像（fMRI）数据中重建面部图像。使用此框架，首先将GAN倒置用于训练图像编码器以在图像空间中提取潜在代码，然后使用线性转换将其桥接到fMRI数据中。遵循从fMRI数据使用属性分类器确定的属性，确定操纵属性的方向，属性操纵器调整了潜在代码，以提高可见图像和重建图像之间的一致性。我们的实验结果表明，提出的框架实现了两个目标：（1）从fMRI数据中重建清晰的面部图像，以及（2）保持语义特征的一致性。

最近的研究表明，风格老年提供了对图像合成和编辑的下游任务的有希望的现有模型。然而，由于样式盖的潜在代码被设计为控制全球样式，因此很难实现对合成图像的细粒度控制。我们提出了SemanticStylegan，其中发电机训练以分别培训局部语义部件，并以组成方式合成图像。不同局部部件的结构和纹理由相应的潜在码控制。实验结果表明，我们的模型在不同空间区域之间提供了强烈的解剖。当与为样式器设计的编辑方法结合使用时，它可以实现更细粒度的控制，以编辑合成或真实图像。该模型也可以通过传输学习扩展到其他域。因此，作为具有内置解剖学的通用先前模型，它可以促进基于GaN的应用的发展并实现更多潜在的下游任务。

Our goal with this survey is to provide an overview of the state of the art deep learning technologies for face generation and editing. We will cover popular latest architectures and discuss key ideas that make them work, such as inversion, latent representation, loss functions, training procedures, editing methods, and cross domain style transfer. We particularly focus on GAN-based architectures that have culminated in the StyleGAN approaches, which allow generation of high-quality face images and offer rich interfaces for controllable semantics editing and preserving photo quality. We aim to provide an entry point into the field for readers that have basic knowledge about the field of deep learning and are looking for an accessible introduction and overview.

尽管在生成对抗网络（GAN）的潜在空间中，语义发现迅速发展，但现有方法要么仅限于找到全局属性，要么依靠许多细分掩码来识别本地属性。在这项工作中，我们提出了一种高效的算法，以分解甘恩学到的关于任意图像区域的潜在语义。具体而言，我们重新审视了预先训练的gan的局部操纵任务，并将基于区域的语义发现作为双重优化问题。通过适当定义的广义雷利商，我们设法解决了这个问题，而无需任何注释或培训。对各种最先进的GAN模型的实验结果证明了我们的方法的有效性，以及它优于先前艺术在精确控制，区域鲁棒性，实施速度和使用简单性方面的优势。