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

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...

机器学习的最近进步已经创造了利用一类基于坐标的神经网络来解决视觉计算问题的兴趣，该基于坐标的神经网络在空间和时间跨空间和时间的场景或对象的物理属性。我们称之为神经领域的这些方法已经看到在3D形状和图像的合成中成功应用，人体的动画，3D重建和姿势估计。然而，由于在短时间内的快速进展，许多论文存在，但尚未出现全面的审查和制定问题。在本报告中，我们通过提供上下文，数学接地和对神经领域的文学进行广泛综述来解决这一限制。本报告涉及两种维度的研究。在第一部分中，我们通过识别神经字段方法的公共组件，包括不同的表示，架构，前向映射和泛化方法来专注于神经字段的技术。在第二部分中，我们专注于神经领域的应用在视觉计算中的不同问题，超越（例如，机器人，音频）。我们的评论显示了历史上和当前化身的视觉计算中已覆盖的主题的广度，展示了神经字段方法所带来的提高的质量，灵活性和能力。最后，我们展示了一个伴随着贡献本综述的生活版本，可以由社区不断更新。

逼真的触觉需要高保真的身体建模和忠实的驾驶才能使动态合成的外观与现实无法区分。在这项工作中，我们提出了一个端到端框架，该框架解决了建模和推动真实人的全身化身方面的两个核心挑战。一个挑战是驾驶头像，同时忠实地遵守细节和动态，而这些细节和动态无法被全球低维参数化（例如身体姿势）所捕捉。我们的方法支持驾驶穿着皱纹和运动的衣服化身，而真正的驾驶表演者展出了训练语料库。与现有的全局状态表示或非参数屏幕空间方法不同，我们介绍了Texel对准功能 - 一种本地化表示，可以利用基于骨架的参数模型的结构先验和同时观察到的稀疏图像信号。另一个挑战是建模临时连贯的衣服头像，通常需要精确的表面跟踪。为了避免这种情况，我们通过将体积原语的混合物扩展到清晰的物体，提出了一种新型的体积化头像表示。通过明确合并表达，我们的方法自然而然地概括了看不见的姿势。我们还介绍了局部视点条件，从而导致了依赖视图的外观的概括。拟议的体积表示不需要高质量的网格跟踪作为先决条件，并且与基于网格的对应物相比，具有显着的质量改进。在我们的实验中，我们仔细研究了我们的设计选择，并证明了方法的功效，超过了最新方法在挑战驾驶方案方面的最新方法。

View-dependent effects such as reflections pose a substantial challenge for image-based and neural rendering algorithms. Above all, curved reflectors are particularly hard, as they lead to highly non-linear reflection flows as the camera moves. We introduce a new point-based representation to compute Neural Point Catacaustics allowing novel-view synthesis of scenes with curved reflectors, from a set of casually-captured input photos. At the core of our method is a neural warp field that models catacaustic trajectories of reflections, so complex specular effects can be rendered using efficient point splatting in conjunction with a neural renderer. One of our key contributions is the explicit representation of reflections with a reflection point cloud which is displaced by the neural warp field, and a primary point cloud which is optimized to represent the rest of the scene. After a short manual annotation step, our approach allows interactive high-quality renderings of novel views with accurate reflection flow. Additionally, the explicit representation of reflection flow supports several forms of scene manipulation in captured scenes, such as reflection editing, cloning of specular objects, reflection tracking across views, and comfortable stereo viewing. We provide the source code and other supplemental material on https://repo-sam.inria.fr/ fungraph/neural_catacaustics/

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。

Physically based rendering of complex scenes can be prohibitively costly with a potentially unbounded and uneven distribution of complexity across the rendered image. The goal of an ideal level of detail (LoD) method is to make rendering costs independent of the 3D scene complexity, while preserving the appearance of the scene. However, current prefiltering LoD methods are limited in the appearances they can support due to their reliance of approximate models and other heuristics. We propose the first comprehensive multi-scale LoD framework for prefiltering 3D environments with complex geometry and materials (e.g., the Disney BRDF), while maintaining the appearance with respect to the ray-traced reference. Using a multi-scale hierarchy of the scene, we perform a data-driven prefiltering step to obtain an appearance phase function and directional coverage mask at each scale. At the heart of our approach is a novel neural representation that encodes this information into a compact latent form that is easy to decode inside a physically based renderer. Once a scene is baked out, our method requires no original geometry, materials, or textures at render time. We demonstrate that our approach compares favorably to state-of-the-art prefiltering methods and achieves considerable savings in memory for complex scenes.

Generative models, as an important family of statistical modeling, target learning the observed data distribution via generating new instances. Along with the rise of neural networks, deep generative models, such as variational autoencoders (VAEs) and generative adversarial network (GANs), have made tremendous progress in 2D image synthesis. Recently, researchers switch their attentions from the 2D space to the 3D space considering that 3D data better aligns with our physical world and hence enjoys great potential in practice. However, unlike a 2D image, which owns an efficient representation (i.e., pixel grid) by nature, representing 3D data could face far more challenges. Concretely, we would expect an ideal 3D representation to be capable enough to model shapes and appearances in details, and to be highly efficient so as to model high-resolution data with fast speed and low memory cost. However, existing 3D representations, such as point clouds, meshes, and recent neural fields, usually fail to meet the above requirements simultaneously. In this survey, we make a thorough review of the development of 3D generation, including 3D shape generation and 3D-aware image synthesis, from the perspectives of both algorithms and more importantly representations. We hope that our discussion could help the community track the evolution of this field and further spark some innovative ideas to advance this challenging task.

我们人类正在进入虚拟时代，确实想将动物带到虚拟世界中。然而，计算机生成的（CGI）毛茸茸的动物受到乏味的离线渲染的限制，更不用说交互式运动控制了。在本文中，我们提出了Artemis，这是一种新型的神经建模和渲染管道，用于生成具有外观和运动合成的清晰神经宠物。我们的Artemis可以实现互动运动控制，实时动画和毛茸茸的动物的照片真实渲染。我们的Artemis的核心是神经生成的（NGI）动物引擎，该动物发动机采用了有效的基于OCTREE的动物动画和毛皮渲染的代表。然后，该动画等同于基于显式骨骼翘曲的体素级变形。我们进一步使用快速的OCTREE索引和有效的体积渲染方案来生成外观和密度特征地图。最后，我们提出了一个新颖的阴影网络，以在外观和密度特征图中生成外观和不透明度的高保真细节。对于Artemis中的运动控制模块，我们将最新动物运动捕获方法与最近的神经特征控制方案相结合。我们引入了一种有效的优化方案，以重建由多视图RGB和Vicon相机阵列捕获的真实动物的骨骼运动。我们将所有捕获的运动馈送到神经角色控制方案中，以生成具有运动样式的抽象控制信号。我们将Artemis进一步整合到支持VR耳机的现有引擎中，提供了前所未有的沉浸式体验，用户可以与各种具有生动动作和光真实外观的虚拟动物进行紧密互动。我们可以通过https://haiminluo.github.io/publication/artemis/提供我们的Artemis模型和动态毛茸茸的动物数据集。

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.

我们建议使用以光源方向为条件的神经辐射场（NERF）的扩展来解决多视光度立体声问题。我们神经表示的几何部分预测表面正常方向，使我们能够理解局部表面反射率。我们的神经表示的外观部分被分解为神经双向反射率函数（BRDF），作为拟合过程的一部分学习，阴影预测网络（以光源方向为条件），使我们能够对明显的BRDF进行建模。基于物理图像形成模型的诱导偏差的学到的组件平衡使我们能够远离训练期间观察到的光源和查看器方向。我们证明了我们在多视光学立体基准基准上的方法，并表明可以通过NERF的神经密度表示可以获得竞争性能。

Figure 1: Given a monocular portrait video sequence of a person, we reconstruct a dynamic neural radiance field representing a 4D facial avatar, which allows us to synthesize novel head poses as well as changes in facial expressions.

https://video-nerf.github.io Figure 1. Our method takes a single casually captured video as input and learns a space-time neural irradiance field. (Top) Sample frames from the input video. (Middle) Novel view images rendered from textured meshes constructed from depth maps. (Bottom) Our results rendered from the proposed space-time neural irradiance field.

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。

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.

隐式辐射功能作为重建和渲染3D场景的照片真实观点的强大场景表示形式出现。但是，这些表示的编辑性差。另一方面，诸如多边形网格之类的显式表示允许易于编辑，但不适合重建动态的人头中的准确细节，例如精细的面部特征，头发，牙齿，牙齿和眼睛。在这项工作中，我们提出了神经参数化（NEP），这是一种混合表示，提供了隐式和显式方法的优势。 NEP能够进行照片真实的渲染，同时允许对场景的几何形状和外观进行细粒度编辑。我们首先通过将3D几何形状参数化为2D纹理空间来解开几何形状和外观。我们通过引入显式线性变形层来启用几何编辑性。变形由一组稀疏的密钥点控制，可以明确和直观地移位以编辑几何形状。对于外观，我们开发了一个混合2D纹理，该纹理由明确的纹理图组成，以易于编辑和隐式视图以及时间相关的残差，以建模时间和视图变化。我们将我们的方法与几个重建和编辑基线进行比较。结果表明，NEP在保持高编辑性的同时达到了几乎相同的渲染精度。

创建高质量的动画和可重新可靠的3D人体化身的独特挑战是对人的眼睛进行建模。合成眼睛的挑战是多重的，因为它需要1）适当的表示眼和眼周区域的适当表示，以进行连贯的视点合成，能够表示弥漫性，折射和高度反射表面，2）2）脱离皮肤和眼睛外观这样的照明使其可以在新的照明条件下呈现，3）捕获眼球运动和周围皮肤的变形以使重新注视。传统上，这些挑战需要使用昂贵且繁琐的捕获设置来获得高质量的结果，即使那样，整体上的眼睛区域建模仍然难以捉摸。我们提出了一种新颖的几何形状和外观表示形式，该形式仅使用一组稀疏的灯光和摄像头，可以捕获高保真的捕获和感性动画，观察眼睛区域的综合和重新定位。我们的杂种表示将眼球的显式参数表面模型与眼周区域和眼内部的隐式变形体积表示结合在一起。这种新颖的混合模型旨在解决具有挑战性的面部面积的各个部分 - 明确的眼球表面允许在角膜处建模折射和高频镜面反射，而隐性表示非常适合通过模拟低频皮肤反射。球形谐波可以代表非表面结构，例如头发或弥漫性体积物体，这两者都是显式表面模型的挑战。我们表明，对于高分辨率的眼睛特写，我们的模型可以从看不见的照明条件下的新颖观点中综合高保真动画的目光。

捕获和渲染寿命状的头发由于其细微的几何结构，复杂的物理相互作用及其非琐碎的视觉外观而特别具有挑战性。灰色是可信的头像的关键部件。在本文中，我们解决了上述问题：1）我们使用一种新的体积发型，这是成千上万的基元提出的。通过构建神经渲染的最新进步，每个原始可以有效地渲染。 2）具有可靠的控制信号，我们呈现了一种在股线水平上跟踪头发的新方法。为了保持计算努力，我们使用引导毛和经典技术将那些扩展到致密的头发罩中。 3）为了更好地强制执行我们模型的时间一致性和泛化能力，我们使用体积射线前导，进一步优化了我们的表示光流的3D场景流。我们的方法不仅可以创建录制的多视图序列的真实渲染，还可以通过提供新的控制信号来为新的头发配置创建渲染。我们将我们的方法与现有的方法进行比较，在视点合成和可驱动动画和实现最先进的结果。

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。

Unsupervised learning with generative models has the potential of discovering rich representations of 3D scenes. While geometric deep learning has explored 3Dstructure-aware representations of scene geometry, these models typically require explicit 3D supervision. Emerging neural scene representations can be trained only with posed 2D images, but existing methods ignore the three-dimensional structure of scenes. We propose Scene Representation Networks (SRNs), a continuous, 3Dstructure-aware scene representation that encodes both geometry and appearance. SRNs represent scenes as continuous functions that map world coordinates to a feature representation of local scene properties. By formulating the image formation as a differentiable ray-marching algorithm, SRNs can be trained end-toend from only 2D images and their camera poses, without access to depth or shape. This formulation naturally generalizes across scenes, learning powerful geometry and appearance priors in the process. We demonstrate the potential of SRNs by evaluating them for novel view synthesis, few-shot reconstruction, joint shape and appearance interpolation, and unsupervised discovery of a non-rigid face model. 1