深度学习显示了建模复杂粒子系统（例如流体）的物理动力学的巨大潜力。但是，现有方法需要监督连续的粒子特性，包括位置和速度。在本文中，我们考虑了一种被称为流体动力学接地的部分可观察的方案，即从流体表面的顺序视觉观察中推断出流体粒子系统中的状态过渡和相互作用。我们提出了一个名为Neurofluid的可区分的两阶段网络。我们的方法由（i）粒子驱动的神经渲染器组成，该神经渲染器涉及流体物理特性到体积渲染函数中，以及（ii）优化的粒子过渡模型，以减少渲染和观察到的图像之间的差异。 Neurofluid通过共同训练这两个模型，为无监督学习基于粒子流体动力学的学习提供了第一种解决方案。显示出具有不同初始形状，粘度和密度不同的流体的基础物理学。

由于基础物理学的复杂性以及捕获中的复杂遮挡和照明，从稀疏多视频RGB视频中对流体的高保真重建仍然是一个巨大的挑战。现有的解决方案要么假设障碍和照明知识，要么仅专注于没有障碍物或复杂照明的简单流体场景，因此不适合具有未知照明或任意障碍的现实场景。我们提出了第一种通过从稀疏视频的端到端优化中利用管理物理（即，navier -stokes方程）来重建动态流体的第一种方法，而无需采取照明条件，几何信息或边界条件作为输入。我们使用神经网络作为流体的密度和速度解决方案函数以及静态对象的辐射场函数提供连续的时空场景表示。通过将静态和动态含量分开的混合体系结构，与静态障碍物的流体相互作用首次重建，而没有其他几何输入或人类标记。通过用物理知识的深度学习来增强随时间变化的神经辐射场，我们的方法受益于对图像和物理先验的监督。为了从稀疏视图中实现强大的优化，我们引入了逐层增长策略，以逐步提高网络容量。使用具有新的正则化项的逐步增长的模型，我们设法在不拟合的情况下解除了辐射场中的密度彩色歧义。在避免了次优速度之前，将预验证的密度到速度流体模型借用了，该数据低估了涡度，但可以微不足道地满足物理方程。我们的方法在一组代表性的合成和真实流动捕获方面表现出具有放松的约束和强大的灵活性的高质量结果。

神经量渲染能够在自由观看中的人类表演者的照片真实效果图，这是沉浸式VR/AR应用中的关键任务。但是，这种做法受到渲染过程中高计算成本的严重限制。为了解决这个问题，我们提出了紫外线量，这是一种新方法，可以实时呈现人类表演者的可编辑免费视频视频。它将高频（即非平滑）的外观与3D体积分开，并将其编码为2D神经纹理堆栈（NTS）。光滑的紫外线量允许更小且较浅的神经网络获得3D的密度和纹理坐标，同时在2D NT中捕获详细的外观。为了编辑性，参数化的人类模型与平滑纹理坐标之间的映射使我们可以更好地对新型姿势和形状进行更好的概括。此外，NTS的使用启用了有趣的应用程序，例如重新启动。关于CMU Panoptic，ZJU MOCAP和H36M数据集的广泛实验表明，我们的模型平均可以在30fps中呈现960 * 540张图像，并具有可比的照片现实主义与先进方法。该项目和补充材料可从https://github.com/fanegg/uv-volumes获得。

Photo-realistic free-viewpoint rendering of real-world scenes using classical computer graphics techniques is challenging, because it requires the difficult step of capturing detailed appearance and geometry models. Recent studies have demonstrated promising results by learning scene representations that implicitly encode both geometry and appearance without 3D supervision. However, existing approaches in practice often show blurry renderings caused by the limited network capacity or the difficulty in finding accurate intersections of camera rays with the scene geometry. Synthesizing high-resolution imagery from these representations often requires time-consuming optical ray marching. In this work, we introduce Neural Sparse Voxel Fields (NSVF), a new neural scene representation for fast and high-quality free-viewpoint rendering. NSVF defines a set of voxel-bounded implicit fields organized in a sparse voxel octree to model local properties in each cell. We progressively learn the underlying voxel structures with a diffentiable ray-marching operation from only a set of posed RGB images. With the sparse voxel octree structure, rendering novel views can be accelerated by skipping the voxels containing no relevant scene content. Our method is typically over 10 times faster than the state-of-the-art (namely, NeRF (Mildenhall et al., 2020)) at inference time while achieving higher quality results. Furthermore, by utilizing an explicit sparse voxel representation, our method can easily be applied to scene editing and scene composition. We also demonstrate several challenging tasks, including multi-scene learning, free-viewpoint rendering of a moving human, and large-scale scene rendering. Code and data are available at our website: https://github.com/facebookresearch/NSVF.

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.

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。

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.

本文旨在减少透明辐射场的渲染时间。一些最近的作品用图像编码器配备了神经辐射字段，能够跨越场景概括，这避免了每场景优化。但是，它们的渲染过程通常很慢。主要因素是，在推断辐射场时，它们在空间中的大量点。在本文中，我们介绍了一个混合场景表示，它结合了最佳的隐式辐射场和显式深度映射，以便有效渲染。具体地，我们首先构建级联成本量，以有效地预测场景的粗糙几何形状。粗糙几何允许我们在场景表面附近的几个点来样，并显着提高渲染速度。该过程是完全可疑的，使我们能够仅从RGB图像共同学习深度预测和辐射现场网络。实验表明，该方法在DTU，真正的前瞻性和NERF合成数据集上展示了最先进的性能，而不是比以前的最可推广的辐射现场方法快至少50倍。我们还展示了我们的方法实时综合动态人类执行者的自由观点视频。代码将在https://zju3dv.github.io/enerf/处提供。

We present a method that synthesizes novel views of complex scenes by interpolating a sparse set of nearby views. The core of our method is a network architecture that includes a multilayer perceptron and a ray transformer that estimates radiance and volume density at continuous 5D locations (3D spatial locations and 2D viewing directions), drawing appearance information on the fly from multiple source views. By drawing on source views at render time, our method hearkens back to classic work on image-based rendering (IBR), and allows us to render high-resolution imagery. Unlike neural scene representation work that optimizes per-scene functions for rendering, we learn a generic view interpolation function that generalizes to novel scenes. We render images using classic volume rendering, which is fully differentiable and allows us to train using only multiview posed images as supervision. Experiments show that our method outperforms recent novel view synthesis methods that also seek to generalize to novel scenes. Further, if fine-tuned on each scene, our method is competitive with state-of-the-art single-scene neural rendering methods. 1

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...

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.

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。

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。

最近，基于神经辐射场（NERF）的进步，在3D人类渲染方面取得了迅速的进展，包括新的视图合成和姿势动画。但是，大多数现有方法集中在特定于人的培训上，他们的培训通常需要多视频视频。本文涉及一项新的挑战性任务 - 为在培训中看不见的人提供新颖的观点和新颖的姿势，仅使用多视图图像作为输入。对于此任务，我们提出了一种简单而有效的方法，以训练具有多视图像作为条件输入的可推广的NERF。关键成分是结合规范NERF和体积变形方案的专用表示。使用规范空间使我们的方法能够学习人类的共享特性，并轻松地推广到不同的人。音量变形用于将规范空间与输入和目标图像以及查询图像特征连接起来，以进行辐射和密度预测。我们利用拟合在输入图像上的参数3D人类模型来得出变形，与我们的规范NERF结合使用，它在实践中效果很好。具有新的观点合成和构成动画任务的真实和合成数据的实验共同证明了我们方法的功效。

自从神经辐射场（NERF）出现以来，神经渲染引起了极大的关注，并且已经大大推动了新型视图合成的最新作品。最近的重点是在模型上过度适合单个场景，以及学习模型的一些尝试，这些模型可以综合看不见的场景的新型视图，主要包括将深度卷积特征与类似NERF的模型组合在一起。我们提出了一个不同的范式，不需要深层特征，也不需要类似NERF的体积渲染。我们的方法能够直接从现场采样的贴片集中直接预测目标射线的颜色。我们首先利用表现几何形状沿着每个参考视图的异性线提取斑块。每个贴片线性地投影到1D特征向量和一系列变压器处理集合中。对于位置编码，我们像在光场表示中一样对射线进行参数化，并且至关重要的差异是坐标是相对于目标射线的规范化的，这使我们的方法与参考帧无关并改善了概括。我们表明，即使接受比先前的工作要少得多的数据训练，我们的方法在新颖的综合综合方面都超出了最新的视图综合。

Neural Radiance Field (NeRF) has revolutionized free viewpoint rendering tasks and achieved impressive results. However, the efficiency and accuracy problems hinder its wide applications. To address these issues, we propose Geometry-Aware Generalized Neural Radiance Field (GARF) with a geometry-aware dynamic sampling (GADS) strategy to perform real-time novel view rendering and unsupervised depth estimation on unseen scenes without per-scene optimization. Distinct from most existing generalized NeRFs, our framework infers the unseen scenes on both pixel-scale and geometry-scale with only a few input images. More specifically, our method learns common attributes of novel-view synthesis by an encoder-decoder structure and a point-level learnable multi-view feature fusion module which helps avoid occlusion. To preserve scene characteristics in the generalized model, we introduce an unsupervised depth estimation module to derive the coarse geometry, narrow down the ray sampling interval to proximity space of the estimated surface and sample in expectation maximum position, constituting Geometry-Aware Dynamic Sampling strategy (GADS). Moreover, we introduce a Multi-level Semantic Consistency loss (MSC) to assist more informative representation learning. Extensive experiments on indoor and outdoor datasets show that comparing with state-of-the-art generalized NeRF methods, GARF reduces samples by more than 25\%, while improving rendering quality and 3D geometry estimation.

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。

最近，神经辐射场（NERF）在重建3D场景并从一组稀疏的2D图像中综合新视图方面表现出了有希望的表演。尽管有效，但NERF的性能受到训练样品质量的很大影响。由于现场有限的图像，Nerf无法很好地概括到新颖的观点，并可能崩溃到未观察到的区域中的琐碎解决方案。这使得在资源约束的情况下不切实际。在本文中，我们提出了一个新颖的学习框架Activenerf，旨在模拟一个3D场景，并具有限制的输入预算。具体而言，我们首先将不确定性估计纳入NERF模型，该模型在很少的观察下确保了鲁棒性，并提供了NERF如何理解场景的解释。在此基础上，我们建议根据积极学习方案将现有的培训设置补充新捕获的样本。通过评估给定新输入的不确定性的降低，我们选择了带来最多信息增益的样本。这样，可以通过最少的额外资源来提高新型视图合成的质量。广泛的实验验证了我们模型在现实和合成场景上的性能，尤其是在稀缺的训练数据中。代码将在\ url {https://github.com/leaplabthu/activenerf}上发布。

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.

我们研究了从3D对象组成的场景的稀疏源观察的新型视图综合的问题。我们提出了一种简单但有效的方法，既不是持续的也不是隐含的，挑战近期观测综合的趋势。我们的方法将观察显式编码为启用摊销渲染的体积表示。我们证明，虽然由于其表现力，但由于其表现力，但由于其富有力的力量，我们的简单方法获得了与最新的基线的比较比较了与最先进的基线的相当甚至更好的新颖性重建质量，同时增加了渲染速度超过400倍。我们的模型采用类别无关方式培训，不需要特定于场景的优化。因此，它能够将新颖的视图合成概括为在训练期间未见的对象类别。此外，我们表明，通过简单的制定，我们可以使用视图综合作为自我监控信号，以便在没有明确的3D监督的情况下高效学习3D几何。