大多数室内3D场景重建方法都致力于恢复3D几何和场景布局。在这项工作中，我们超越了这一点提出Photoscene，该框架是一个场景的输入图像以及大约对齐的CAD几何（自动或手动指定的重建），并构建具有高质量材料和高质量材料和高质量的材料的photorealistic Digital Twin类似的照明。我们使用程序材料图对场景材料进行建模；这样的图代表了逼真的和分辨率无关的材料。我们优化了这些图的参数及其纹理量表和旋转，以及场景照明，以通过可区分的渲染层最好地匹配输入图像。我们评估了从扫描仪，Sun RGB-D和库存照片的对象和布局重建的技术，并证明我们的方法重建高质量的，完全可重新可重新可重新的3D场景，这些场景可以在任意观点，Zooms和Lighting下重新渲染。

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。

We present a multi-view inverse rendering method for large-scale real-world indoor scenes that reconstructs global illumination and physically-reasonable SVBRDFs. Unlike previous representations, where the global illumination of large scenes is simplified as multiple environment maps, we propose a compact representation called Texture-based Lighting (TBL). It consists of 3D meshs and HDR textures, and efficiently models direct and infinite-bounce indirect lighting of the entire large scene. Based on TBL, we further propose a hybrid lighting representation with precomputed irradiance, which significantly improves the efficiency and alleviate the rendering noise in the material optimization. To physically disentangle the ambiguity between materials, we propose a three-stage material optimization strategy based on the priors of semantic segmentation and room segmentation. Extensive experiments show that the proposed method outperforms the state-of-the-arts quantitatively and qualitatively, and enables physically-reasonable mixed-reality applications such as material editing, editable novel view synthesis and relighting. The project page is at https://lzleejean.github.io/TexIR.

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.

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。

我们解决了从由一个未知照明条件照射的物体的多视图图像（及其相机姿势）从多视图图像（和它们的相机姿势）恢复物体的形状和空间变化的空间变化的问题。这使得能够在任意环境照明下呈现对象的新颖视图和对象的材料属性的编辑。我们呼叫神经辐射分解（NERFVERTOR）的方法的关键是蒸馏神经辐射场（NERF）的体积几何形状[MILDENHALL等人。 2020]将物体表示为表面表示，然后在求解空间改变的反射率和环境照明时共同细化几何形状。具体而言，Nerfactor仅使用重新渲染丢失，简单的光滑度Provers以及从真实学中学到的数据驱动的BRDF而无任何监督的表面法线，光可视性，Albedo和双向反射率和双向反射分布函数（BRDF）的3D神经领域-world brdf测量。通过显式建模光可视性，心脏请能够将来自Albedo的阴影分离，并在任意照明条件下合成现实的软或硬阴影。 Nerfactor能够在这场具有挑战性和实际场景的挑战和捕获的捕获设置中恢复令人信服的3D模型进行令人满意的3D模型。定性和定量实验表明，在各种任务中，内容越优于基于经典和基于深度的学习状态。我们的视频，代码和数据可在peoptom.csail.mit.edu/xiuming/projects/nerfactor/上获得。

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}.

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。

Google Research Basecolor Metallic Roughness Normal Multi-View Images NeRD Volume Decomposed BRDF Relighting & View synthesis Textured MeshFigure 1: Neural Reflectance Decomposition for Relighting. We encode multiple views of an object under varying or fixed illumination into the NeRD volume.We decompose each given image into geometry, spatially-varying BRDF parameters and a rough approximation of the incident illumination in a globally consistent manner. We then extract a relightable textured mesh that can be re-rendered under novel illumination conditions in real-time.

最近的方法（例如材料gan）已使用无条件的gan来生成每像素材料图，或作为从输入照片重建材料之前的材料。这些模型可以生成各种随机材料外观，但没有任何将生成材料限制为特定类别或控制生成材料的粗体结构的机制，例如砖墙上的精确砖布局。此外，从单个输入照片中重建的材料通常具有伪像，并且通常不可易换，这限制了它们在实际内容创建管道中的使用。我们提出了Tilegen，这是一种针对SVBRDFS的生成模型，该模型特定于材料类别，始终可易换，并且在提供的输入结构模式上有条件。 Tilegen是Stylegan的变体，其架构经过修改以始终生成可易于的（周期性）材料图。除了标准的“样式”潜在代码外，Tilegen还可以选择拍摄条件图像，从而使用户直接控制材料的主要空间（和可选的颜色）功能。例如，在砖块中，用户可以指定砖布局和砖块，或者在皮革材料中，皱纹和褶皱的位置。我们的反渲染方法可以通过优化找到一种材料，从而感知到单个目标照片。这种重建也可以以用户提供的模式为条件。所得的材料是可拆卸的，可以大于目标图像，并且可以通过改变条件来编辑。

我们介绍了Amazon Berkeley对象（ABO），这是一个新的大型数据集，旨在帮助弥合真实和虚拟3D世界之间的差距。ABO包含产品目录图像，元数据和艺术家创建的3D模型，具有复杂的几何形状和与真实的家用物体相对应的物理基础材料。我们得出了具有挑战性的基准，这些基准利用ABO的独特属性，并测量最先进的对象在三个开放问题上的最新限制，以了解实际3D对象：单视3D 3D重建，材料估计和跨域多视图对象检索。

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。

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。

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 propose a novel method for high-quality facial texture reconstruction from RGB images using a novel capturing routine based on a single smartphone which we equip with an inexpensive polarization foil. Specifically, we turn the flashlight into a polarized light source and add a polarization filter on top of the camera. Leveraging this setup, we capture the face of a subject with cross-polarized and parallel-polarized light. For each subject, we record two short sequences in a dark environment under flash illumination with different light polarization using the modified smartphone. Based on these observations, we reconstruct an explicit surface mesh of the face using structure from motion. We then exploit the camera and light co-location within a differentiable renderer to optimize the facial textures using an analysis-by-synthesis approach. Our method optimizes for high-resolution normal textures, diffuse albedo, and specular albedo using a coarse-to-fine optimization scheme. We show that the optimized textures can be used in a standard rendering pipeline to synthesize high-quality photo-realistic 3D digital humans in novel environments.

由于任意多样化的物体形状，空间变化的材料和复杂的照明之间的无数相互作用，室内场景表现出显着的外观变化。由可见光和看不见的光源引起的阴影，亮点和反射需要有关反向渲染的远程相互作用的推理，该相互作用旨在恢复图像形成的组成部分，即形状，形状，材料和照明。在这项工作中，我们的直觉是，变压器体系结构学到的长期关注非常适合解决单像逆渲染中的长期挑战。我们通过对密集视力变压器Irisformer的特定实例化进行了证明，该实例是在单任务和多任务反向渲染所需的单任务和多任务推理上表现出色。具体而言，我们提出了一个变压器体系结构，以同时估算室内场景的单个图像中的深度，正态，空间变化的反照率，粗糙度和照明。我们在基准数据集上进行的广泛评估显示了上述每个任务的最新结果，从而使应用程序诸如对象插入和材料编辑之类的应用程序具有比先前的作品更大的光真实性的材料编辑。代码和数据将在https://github.com/vilab-ucsd/irisformer上公开发布。

我们介绍了一种基于深度学习的方法，用于将空间变化的视觉材料属性（例如纹理地图或图像样式）传播到相同或类似材料的较大样本。为培训，我们利用在多个照明和专用数据增强策略下采取的材料的图像，使转移到新颖的照明条件和仿射变形。我们的模型依赖于监督的图像到图像转换框架，并且对转移域名不可知;我们展示了语义分割，普通地图和程式化。在图像类比方法之后，该方法仅需要训练数据包含与输入引导相同的视觉结构。我们的方法采用交互式速率，使其适用于材料编辑应用。我们在受控设置中彻底评估了我们的学习方法，提供了性能的定量测量。最后，我们证明训练单个材料上的模型足以推广到相同类型的材料，而无需大量数据集。

What is a rose, visually? A rose comprises its intrinsics, including the distribution of geometry, texture, and material specific to its object category. With knowledge of these intrinsic properties, we may render roses of different sizes and shapes, in different poses, and under different lighting conditions. In this work, we build a generative model that learns to capture such object intrinsics from a single image, such as a photo of a bouquet. Such an image includes multiple instances of an object type. These instances all share the same intrinsics, but appear different due to a combination of variance within these intrinsics and differences in extrinsic factors, such as pose and illumination. Experiments show that our model successfully learns object intrinsics (distribution of geometry, texture, and material) for a wide range of objects, each from a single Internet image. Our method achieves superior results on multiple downstream tasks, including intrinsic image decomposition, shape and image generation, view synthesis, and relighting.