In this work, we present a dense tracking and mapping system named Vox-Fusion, which seamlessly fuses neural implicit representations with traditional volumetric fusion methods. Our approach is inspired by the recently developed implicit mapping and positioning system and further extends the idea so that it can be freely applied to practical scenarios. Specifically, we leverage a voxel-based neural implicit surface representation to encode and optimize the scene inside each voxel. Furthermore, we adopt an octree-based structure to divide the scene and support dynamic expansion, enabling our system to track and map arbitrary scenes without knowing the environment like in previous works. Moreover, we proposed a high-performance multi-process framework to speed up the method, thus supporting some applications that require real-time performance. The evaluation results show that our methods can achieve better accuracy and completeness than previous methods. We also show that our Vox-Fusion can be used in augmented reality and virtual reality applications. Our source code is publicly available at https://github.com/zju3dv/Vox-Fusion.

虚拟内容创建和互动在现代3D应用中起着重要作用，例如AR和VR。从真实场景中恢复详细的3D模型可以显着扩大其应用程序的范围，并在计算机视觉和计算机图形社区中进行了数十年的研究。我们提出了基于体素的隐式表面表示Vox-Surf。我们的Vox-Surf将空间分为有限的体素。每个体素将几何形状和外观信息存储在其角顶点。 Vox-Surf得益于从体素表示继承的稀疏性，几乎适用于任何情况，并且可以轻松地从多个视图图像中训练。我们利用渐进式训练程序逐渐提取重要体素，以进一步优化，以便仅保留有效的体素，从而大大减少了采样点的数量并增加了渲染速度。细素还可以视为碰撞检测的边界量。该实验表明，与其他方法相比，Vox-Surf表示可以学习精致的表面细节和准确的颜色，并以更少的记忆力和更快的渲染速度来学习。我们还表明，Vox-Surf在场景编辑和AR应用中可能更实用。

我们提出了一个新颖的端到端RGB-D SLAM，IDF-SLAM，它采用了基于功能的深神经跟踪器作为前端和NERF风格的神经隐式映射器作为后端。神经隐式映射器经过训练，尽管神经跟踪器在扫描仪数据集中鉴定了，但它在神经隐式映射器的训练中也得到了挑战。在这样的设计下，我们的IDF-SLAM能够学习使用特定场景的功能进行相机跟踪，从而使SLAM系统的终身学习。在没有引入地面真相姿势的情况下，对追踪器和映射器的培训都进行了自我监督。我们测试了IDF-SLAM在副本和扫描数据集上的性能，并将结果与两个基于NERF的两个基于NERF的神经SLAM系统进行了比较。拟议的IDF-SLAM在相机跟踪中的场景重建和竞争性能方面展示了最先进的结果。

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。

我们提出了GO-SURF，这是一种直接特征网格优化方法，可从RGB-D序列进行准确和快速的表面重建。我们用学习的分层特征素网格对基础场景进行建模，该网络封装了多级几何和外观本地信息。特征向量被直接优化，使得三线性插值后，由两个浅MLP解码为签名的距离和辐射度值，并通过表面体积渲染渲染，合成和观察到的RGB/DEPTH值之间的差异最小化。我们的监督信号-RGB，深度和近似SDF可以直接从输入图像中获得，而无需融合或后处理。我们制定了一种新型的SDF梯度正则化项，该项鼓励表面平滑度和孔填充，同时保持高频细节。 GO-SURF可以优化$ 1 $ - $ 2 $ K框架的序列，价格为$ 15 $ - $ 45 $分钟，$ \ times60 $的速度超过了NeuralRGB-D，这是基于MLP表示的最相关的方法，同时保持PAR性能在PAR上的性能标准基准。项目页面：https：//jingwenwang95.github.io/go_surf/

Figure 1: Example output from our system, generated in real-time with a handheld Kinect depth camera and no other sensing infrastructure. Normal maps (colour) and Phong-shaded renderings (greyscale) from our dense reconstruction system are shown. On the left for comparison is an example of the live, incomplete, and noisy data from the Kinect sensor (used as input to our system).

我们呈现圆圈，基于本地隐式符号距离函数的大规模场景完成和几何精致的框架。它基于端到端的稀疏卷积网络，Circnet，共同模拟局部几何细节和全局场景结构背景，使其能够在传统3D场景数据中恢复通常产生的缺失区域的同时保留细粒度的对象细节。一种新颖的可分解渲染模块，可以进行测试时间精制以获得更好的重建质量。对现实世界和合成数据集的广泛实验表明，我们的简明框架是高效且有效的，实现比最接近竞争对手更好的重建质量，同时速度更快。

在本文中，我们提出了一个新颖的对象级映射系统，该系统可以同时在动态场景中分段，跟踪和重建对象。它可以通过对深度输入的重建和类别级别的重建来进一步预测并完成其完整的几何形状，其目的是完成对象几何形状会导致更好的对象重建和跟踪准确性。对于每个传入的RGB-D帧，我们执行实例分割以检测对象并在检测和现有对象图之间构建数据关联。将为每个无与伦比的检测创建一个新的对象映射。对于每个匹配的对象，我们使用几何残差和差分渲染残留物共同优化其姿势和潜在的几何表示形式，并完成其形状之前和完成的几何形状。与使用传统的体积映射或学习形状的先验方法相比，我们的方法显示出更好的跟踪和重建性能。我们通过定量和定性测试合成和现实世界序列来评估其有效性。

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...

在本文中，我们串联串联一个实时单手抄语和密集的测绘框架。对于姿势估计，串联基于关键帧的滑动窗口执行光度束调整。为了增加稳健性，我们提出了一种新颖的跟踪前端，使用从全局模型中呈现的深度图来执行密集的直接图像对齐，该模型从密集的深度预测逐渐构建。为了预测密集的深度映射，我们提出了通过分层构造具有自适应视图聚合的3D成本卷来平衡关键帧之间的不同立体声基线的3D成本卷来使用整个活动密钥帧窗口的级联视图 - 聚合MVSNet（CVA-MVSNET）。最后，将预测的深度映射融合到表示为截短的符号距离函数（TSDF）体素网格的一致的全局映射中。我们的实验结果表明，在相机跟踪方面，串联优于其他最先进的传统和学习的单眼视觉径管（VO）方法。此外，串联示出了最先进的实时3D重建性能。

我们呈现梯度-SDF，这是三维几何形象的新颖表示，这些表达结合了暗示和显式表示的优势。通过在符号距离字段以及其梯度向量字段中存储每个体素以及其梯度矢量字段，我们通过最初配制的显式表面的方法增强隐式表示的能力。作为具体示例，我们示出了（1）梯度-SDF允许我们使用像哈希映射等有效存储方案的深度图像执行直接SDF跟踪，并且（2）梯度-SDF表示使我们能够执行光度束调节直接在Voxel表示中（不转换为点云或网格），自然地是几何和相机的完全隐含的优化，易于几何上采样。实验结果证实，这导致重建明显更敏锐。由于仍然遵守整体SDF体素结构，所提出的梯度-SDF同样适用于（GPU）并行化作为相关方法。

高度期望可以通过视觉信号执行复杂任务并与人合作执行复杂任务的空间AI。为了实现这一目标，我们需要一个视觉大满贯，该猛击很容易适应新场景而无需预训练，并为实时的下游任务生成密集的地图。由于其组件的固有局限性，先前基于学习和非学习的视觉大满贯都不满足所有需求。在这项工作中，我们开发了一个名为Orbeez-Slam的视觉猛烈抨击，该作品成功地与隐式神经表示（NERF）和视觉探测仪合作以实现我们的目标。此外，Orbeez-Slam可以与单眼相机一起使用，因为它只需要RGB输入，从而广泛适用于现实世界。我们验证其对各种具有挑战性的基准的有效性。结果表明，我们的大满贯速度比强大的渲染结果快800倍。

图像中的3D重建在虚拟现实和自动驾驶中具有广泛的应用，在此精确要求非常高。通过利用多层感知，在神经辐射场（NERF）中进行的突破性研究已大大提高了3D对象的表示质量。后来的一些研究通过建立截短的签名距离场（TSDF）改善了NERF，但仍遭受3D重建中表面模糊的问题。在这项工作中，通过提出一种新颖的3D形状表示方式Omninerf来解决这种表面歧义。它基于训练Omni方向距离场（ODF）和神经辐射场的混合隐式场，用全向信息代替NERF中的明显密度。此外，我们在深度图上介绍了其他监督，以进一步提高重建质量。该提出的方法已被证明可以有效处理表面重建边缘的NERF缺陷，从而提供了更高质量的3D场景重建结果。

Neural Radiance Field (NeRF), a new novel view synthesis with implicit scene representation has taken the field of Computer Vision by storm. As a novel view synthesis and 3D reconstruction method, NeRF models find applications in robotics, urban mapping, autonomous navigation, virtual reality/augmented reality, and more. Since the original paper by Mildenhall et al., more than 250 preprints were published, with more than 100 eventually being accepted in tier one Computer Vision Conferences. Given NeRF popularity and the current interest in this research area, we believe it necessary to compile a comprehensive survey of NeRF papers from the past two years, which we organized into both architecture, and application based taxonomies. We also provide an introduction to the theory of NeRF based novel view synthesis, and a benchmark comparison of the performance and speed of key NeRF models. By creating this survey, we hope to introduce new researchers to NeRF, provide a helpful reference for influential works in this field, as well as motivate future research directions with our discussion section.

With the success of neural volume rendering in novel view synthesis, neural implicit reconstruction with volume rendering has become popular. However, most methods optimize per-scene functions and are unable to generalize to novel scenes. We introduce VolRecon, a generalizable implicit reconstruction method with Signed Ray Distance Function (SRDF). To reconstruct with fine details and little noise, we combine projection features, aggregated from multi-view features with a view transformer, and volume features interpolated from a coarse global feature volume. A ray transformer computes SRDF values of all the samples along a ray to estimate the surface location, which are used for volume rendering of color and depth. Extensive experiments on DTU and ETH3D demonstrate the effectiveness and generalization ability of our method. On DTU, our method outperforms SparseNeuS by about 30% in sparse view reconstruction and achieves comparable quality as MVSNet in full view reconstruction. Besides, our method shows good generalization ability on the large-scale ETH3D benchmark. Project page: https://fangjinhuawang.github.io/VolRecon.

where the highest resolution is required, using facial performance capture as a case in point.

We present a novel neural surface reconstruction method called NeuralRoom for reconstructing room-sized indoor scenes directly from a set of 2D images. Recently, implicit neural representations have become a promising way to reconstruct surfaces from multiview images due to their high-quality results and simplicity. However, implicit neural representations usually cannot reconstruct indoor scenes well because they suffer severe shape-radiance ambiguity. We assume that the indoor scene consists of texture-rich and flat texture-less regions. In texture-rich regions, the multiview stereo can obtain accurate results. In the flat area, normal estimation networks usually obtain a good normal estimation. Based on the above observations, we reduce the possible spatial variation range of implicit neural surfaces by reliable geometric priors to alleviate shape-radiance ambiguity. Specifically, we use multiview stereo results to limit the NeuralRoom optimization space and then use reliable geometric priors to guide NeuralRoom training. Then the NeuralRoom would produce a neural scene representation that can render an image consistent with the input training images. In addition, we propose a smoothing method called perturbation-residual restrictions to improve the accuracy and completeness of the flat region, which assumes that the sampling points in a local surface should have the same normal and similar distance to the observation center. Experiments on the ScanNet dataset show that our method can reconstruct the texture-less area of indoor scenes while maintaining the accuracy of detail. We also apply NeuralRoom to more advanced multiview reconstruction algorithms and significantly improve their reconstruction quality.

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。

隐式表示由于其效率和灵活性，被广泛用于对象重建。在2021年，已经为增量重建发明了一个名为神经隐式图的新型结构。神经隐式地图减轻了先前在线3D密集重建的记忆成本效率低下的问题，同时产生质量更高。但是，神经隐式图受到了以下限制：由于扫描框架在生成神经隐式映射之后，将扫描的框架编码为先验。这意味着，这一代过程都不可逆，也不是深层的先验是可以转变的。不可易变的属性使得应用循环封闭技术是不可能的。 ％我们提出基于神经隐式地图的转换算法来填补此空白。由于我们的神经隐式映射是可以转换的，因此我们的模型支持此潜在特征的特殊地图的重新映射。 ％实验表明，我们的重新映射模块能够将转换神经隐含地图良好地置于新姿势。我们的映射模型嵌入了大满贯框架中，能够应对环关闭的重新映射并展示高质量的表面重建。 ％我们的实现可在GitHub \ footNote {\ url {https://github.com/jarrome/imt_mapping}}}}用于研究社区。