捕获一般的变形场景对于许多计算机图形和视觉应用至关重要，当只有单眼RGB视频可用时，这尤其具有挑战性。竞争方法假设密集的点轨道，3D模板，大规模训练数据集或仅捕获小规模的变形。与这些相反，我们的方法UB4D在挑战性的情况下超过了先前的艺术状态，而没有做出这些假设。我们的技术包括两个新的，在非刚性3D重建的背景下，组件，即1）1）针对非刚性场景的基于坐标的和隐性的神经表示，这使动态场景无偏重建，2）新颖的新颖。动态场景流量损失，可以重建较大的变形。我们的新数据集（将公开可用）的结果表明，就表面重建精度和对大变形的鲁棒性而言，对最新技术的明显改善。访问项目页面https://4dqv.mpi-inf.mpg.de/ub4d/。

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。

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。

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...

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.

我们提出了一种神经动力构造（NDR），这是一种无模板的方法，可从单眼RGB-D摄像机中恢复动态场景的高保真几何形状和动作。在NDR中，我们采用神经隐式函数进行表面表示和渲染，使捕获的颜色和深度可以完全利用以共同优化表面和变形。为了表示和限制非刚性变形，我们提出了一种新型的神经可逆变形网络，以便自动满足任意两个帧之间的循环一致性。考虑到动态场景的表面拓扑可能会随着时间的流逝而发生变化，我们采用一种拓扑感知的策略来构建融合框架的拓扑变化对应关系。NDR还以全球优化的方式进一步完善了相机的姿势。公共数据集和我们收集的数据集的实验表明，NDR的表现优于现有的单眼动态重建方法。

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。

Recent methods for neural surface representation and rendering, for example NeuS, have demonstrated remarkably high-quality reconstruction of static scenes. However, the training of NeuS takes an extremely long time (8 hours), which makes it almost impossible to apply them to dynamic scenes with thousands of frames. We propose a fast neural surface reconstruction approach, called NeuS2, which achieves two orders of magnitude improvement in terms of acceleration without compromising reconstruction quality. To accelerate the training process, we integrate multi-resolution hash encodings into a neural surface representation and implement our whole algorithm in CUDA. We also present a lightweight calculation of second-order derivatives tailored to our networks (i.e., ReLU-based MLPs), which achieves a factor two speed up. To further stabilize training, a progressive learning strategy is proposed to optimize multi-resolution hash encodings from coarse to fine. In addition, we extend our method for reconstructing dynamic scenes with an incremental training strategy. Our experiments on various datasets demonstrate that NeuS2 significantly outperforms the state-of-the-arts in both surface reconstruction accuracy and training speed. The video is available at https://vcai.mpi-inf.mpg.de/projects/NeuS2/ .

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。

我们提出了一个新颖的范式，该范式是通过单眼视频输入来构建可动画的3D人类代表，以便可以以任何看不见的姿势和观点呈现。我们的方法基于由基于网格的参数3D人类模型操纵的动态神经辐射场（NERF），该模型用作几何代理。以前的方法通常依靠多视频视频或准确的3D几何信息作为其他输入；此外，大多数方法在概括地看不见的姿势时会降解质量。我们确定概括的关键是查询动态NERF的良好输入嵌入：良好的输入嵌入应定义完整量化空间中的注入映射，并在姿势变化下表面网格变形引导。基于此观察结果，我们建议将输入查询嵌入其与局部表面区域的关系，并在网格顶点上跨越一组地球的最近邻居跨越。通过包括位置和相对距离信息，我们的嵌入式定义了距离保存的变形映射，并可以很好地概括为看不见的姿势。为了减少对其他输入的依赖性，我们首先使用现成的工具初始化人均3D网格，然后提出一条管道以共同优化NERF并完善初始网格。广泛的实验表明，我们的方法可以在看不见的姿势和观点下合成合理的人类渲染结果。

4D隐式表示中的最新进展集中在全球控制形状和运动的情况下，低维潜在向量，这很容易缺少表面细节和累积跟踪误差。尽管许多深层的本地表示显示了3D形状建模的有希望的结果，但它们的4D对应物尚不存在。在本文中，我们通过提出一个新颖的局部4D隐性代表来填补这一空白，以动态穿衣人，名为Lord，具有4D人类建模和局部代表的优点，并实现具有详细的表面变形的高保真重建，例如衣服皱纹。特别是，我们的主要见解是鼓励网络学习本地零件级表示的潜在代码，能够解释本地几何形状和时间变形。为了在测试时间进行推断，我们首先估计内部骨架运动在每个时间步中跟踪本地零件，然后根据不同类型的观察到的数据通过自动编码来优化每个部分的潜在代码。广泛的实验表明，该提出的方法具有强大的代表4D人类的能力，并且在实际应用上胜过最先进的方法，包括从稀疏点，非刚性深度融合（质量和定量）进行的4D重建。

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。

控制铰接对象时控制其姿势对于电影虚拟现实或动画等应用至关重要。然而，操纵对象的姿势需要了解其基础结构，即其关节以及它们如何互相互动。不幸的是，假设要知道的结构，因为现有方法所做的，排除了在新的对象类别上工作的能力。我们建议通过观察它们从多个视图移动，没有额外的监督，例如联合注释或有关该结构的信息，从而了解先前看不见的对象的外观和结构。我们的洞察力是，相对于彼此移动的相邻部件必须通过接头连接。为了利用这一观察，我们将3D的物体部分塑造为椭圆体，这使我们能够识别关节。我们将这种明确表示与隐式的表示，该显式表示可以补偿引入的近似值。我们表明我们的方法为不同的结构，从四足动物到单臂机器人到人类工作。

This paper presents an approach that reconstructs a hand-held object from a monocular video. In contrast to many recent methods that directly predict object geometry by a trained network, the proposed approach does not require any learned prior about the object and is able to recover more accurate and detailed object geometry. The key idea is that the hand motion naturally provides multiple views of the object and the motion can be reliably estimated by a hand pose tracker. Then, the object geometry can be recovered by solving a multi-view reconstruction problem. We devise an implicit neural representation-based method to solve the reconstruction problem and address the issues of imprecise hand pose estimation, relative hand-object motion, and insufficient geometry optimization for small objects. We also provide a newly collected dataset with 3D ground truth to validate the proposed approach.

我们介绍了一种新的神经表面重建方法，称为Neus，用于重建具有高保真的对象和场景，从2D图像输入。现有的神经表面重建方法，例如DVR和IDR，需要前景掩模作为监控，容易被捕获在局部最小值中，因此与具有严重自动遮挡或薄结构的物体的重建斗争。同时，新型观测合成的最近神经方法，例如Nerf及其变体，使用体积渲染来产生具有优化的稳健性的神经场景表示，即使对于高度复杂的物体。然而，从该学习的内隐式表示提取高质量表面是困难的，因为表示表示没有足够的表面约束。在Neus中，我们建议将表面代表为符号距离功能（SDF）的零级集，并开发一种新的卷渲染方法来训练神经SDF表示。我们观察到传统的体积渲染方法导致表面重建的固有的几何误差（即偏置），因此提出了一种新的制剂，其在第一阶的第一阶偏差中没有偏置，因此即使没有掩码监督，也导致更准确的表面重建。 DTU数据集的实验和BlendedMVS数据集显示，Neus在高质量的表面重建中优于最先进的，特别是对于具有复杂结构和自动闭塞的物体和场景。

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。

人类性能捕获是一种非常重要的计算机视觉问题，在电影制作和虚拟/增强现实中具有许多应用。许多以前的性能捕获方法需要昂贵的多视图设置，或者没有恢复具有帧到帧对应关系的密集时空相干几何。我们提出了一种新颖的深度致密人体性能捕获的深层学习方法。我们的方法是基于多视图监督的弱监督方式培训，完全删除了使用3D地面真理注释的培训数据的需求。网络架构基于两个单独的网络，将任务解散为姿势估计和非刚性表面变形步骤。广泛的定性和定量评估表明，我们的方法在质量和稳健性方面优于现有技术。这项工作是DeepCAP的扩展版本，在那里我们提供更详细的解释，比较和结果以及应用程序。

最近，我们看到了照片真实的人类建模和渲染的神经进展取得的巨大进展。但是，将它们集成到现有的下游应用程序中的现有网络管道中仍然具有挑战性。在本文中，我们提出了一种全面的神经方法，用于从密集的多视频视频中对人类表演进行高质量重建，压缩和渲染。我们的核心直觉是用一系列高效的神经技术桥接传统的动画网格工作流程。我们首先引入一个神经表面重建器，以在几分钟内进行高质量的表面产生。它与多分辨率哈希编码的截短签名距离场（TSDF）的隐式体积渲染相结合。我们进一步提出了一个混合神经跟踪器来生成动画网格，该网格将明确的非刚性跟踪与自我监督框架中的隐式动态变形结合在一起。前者将粗糙的翘曲返回到规范空间中，而后者隐含的一个隐含物进一步预测了使用4D哈希编码的位移，如我们的重建器中。然后，我们使用获得的动画网格讨论渲染方案，从动态纹理到各种带宽设置下的Lumigraph渲染。为了在质量和带宽之间取得复杂的平衡，我们通过首先渲染6个虚拟视图来涵盖表演者，然后进行闭塞感知的神经纹理融合，提出一个分层解决方案。我们证明了我们方法在各种平台上的各种基于网格的应用程序和照片真实的自由观看体验中的功效，即，通过移动AR插入虚拟人类的表演，或通过移动AR插入真实环境，或带有VR头戴式的人才表演。

获取房间规模场景的高质量3D重建对于即将到来的AR或VR应用是至关重要的。这些范围从混合现实应用程序进行电话会议，虚拟测量，虚拟房间刨，到机器人应用。虽然使用神经辐射场（NERF）的基于卷的视图合成方法显示有希望再现对象或场景的外观，但它们不会重建实际表面。基于密度的表面的体积表示在使用行进立方体提取表面时导致伪影，因为在优化期间，密度沿着射线累积，并且不在单个样本点处于隔离点。我们建议使用隐式函数（截短的签名距离函数）来代表表面来代表表面。我们展示了如何在NERF框架中纳入此表示，并将其扩展为使用来自商品RGB-D传感器的深度测量，例如Kinect。此外，我们提出了一种姿势和相机细化技术，可提高整体重建质量。相反，与集成NERF的深度前瞻性的并发工作，其专注于新型视图合成，我们的方法能够重建高质量的韵律3D重建。

对人类的逼真渲染和安息对于实现增强现实体验至关重要。我们提出了一个新颖的框架，以重建人类和场景，可以用新颖的人类姿势和景色从一个单一的野外视频中呈现。给定一个由移动摄像机捕获的视频，我们训练了两个NERF模型：人类NERF模型和一个场景NERF模型。为了训练这些模型，我们依靠现有方法来估计人类和场景的粗糙几何形状。这些粗糙的几何估计值使我们能够创建一个从观察空间到独立姿势独立的空间的翘曲场10秒的视频剪辑，并以新颖的观点以及背景提供新颖的姿势，提供人类的高质量效果。