近年来，由于其在数字人物，角色产生和动画中的广泛应用，人们对3D人脸建模的兴趣越来越大。现有方法压倒性地强调了对面部的外部形状，质地和皮肤特性建模，而忽略了内部骨骼结构和外观之间的固有相关性。在本文中，我们使用学习的参数面部发电机提出了雕塑家，具有骨骼一致性的3D面部创作，旨在通过混合参数形态表示轻松地创建解剖上正确和视觉上令人信服的面部模型。雕塑家的核心是露西（Lucy），这是与整形外科医生合作的第一个大型形状面部脸部数据集。我们的Lucy数据集以最古老的人类祖先之一的化石命名，其中包含正牙手术前后全人头的高质量计算机断层扫描（CT）扫描，这对于评估手术结果至关重要。露西（Lucy）由144次扫描，分别对72名受试者（31名男性和41名女性）组成，其中每个受试者进行了两次CT扫描，并在恐惧后手术中进行了两次CT扫描。根据我们的Lucy数据集，我们学习了一个新颖的骨骼一致的参数面部发电机雕塑家，它可以创建独特而细微的面部特征，以帮助定义角色，同时保持生理声音。我们的雕塑家通过将3D脸的描绘成形状混合形状，姿势混合形状和面部表达混合形状，共同在统一数据驱动的框架下共同建模头骨，面部几何形状和面部外观。与现有方法相比，雕塑家在面部生成任务中保留了解剖学正确性和视觉现实主义。最后，我们展示了雕塑家在以前看不见的各种花式应用中的鲁棒性和有效性。

新兴的元应用需要人类手的可靠，准确和逼真的复制品，以便在物理世界中进行复杂的操作。虽然真实的人手代表了骨骼，肌肉，肌腱和皮肤之间最复杂的协调之一，但最先进的技术一致专注于仅建模手的骨架。在本文中，我们提出了Nimble，这是一种新型的参数手模型，其中包括缺少的密钥组件，将3D手模型带入了新的现实主义水平。我们首先在最近的磁共振成像手（MRI手）数据集上注释肌肉，骨骼和皮肤，然后在数据集中的单个姿势和受试者上注册一个体积模板手。敏捷由20个骨头组成，作为三角形网格，7个肌肉群作为四面体网眼和一个皮肤网。通过迭代形状的注册和参数学习，它进一步产生形状的混合形状，姿势混合形状和关节回归器。我们证明将敏捷性应用于建模，渲染和视觉推理任务。通过强制执行内部骨骼和肌肉以符合解剖学和运动学规则，Nimble可以使3D手动画为前所未有的现实主义。为了建模皮肤的外观，我们进一步构建了一个光度法，以获取高质量的纹理和正常地图，以模型皱纹和棕榈印刷。最后，敏捷还通过合成丰富的数据或直接作为推理网络中的可区分层来使基于学习的手姿势和形状估计受益。

尽管最近在开发动画全身化身方面取得了进展，但服装的现实建模（人类自我表达的核心方面之一）仍然是一个开放的挑战。最先进的物理模拟方法可以以交互速度产生现实行为的服装几何形状。但是，建模光真逼真的外观通常需要基于物理的渲染，这对于交互式应用来说太昂贵了。另一方面，数据驱动的深度外观模型能够有效地产生逼真的外观，但在合成高度动态服装的几何形状和处理具有挑战性的身体套构型方面挣扎。为此，我们通过对服装的明确建模介绍了姿势驱动的化身，这些化身表现出逼真的服装动力学和从现实世界数据中学到的逼真的外观。关键的想法是引入一个在显式几何形状之上运行的神经服装外观模型：在火车时，我们使用高保真跟踪，而在动画时期，我们依靠物理模拟的几何形状。我们的关键贡献是一个具有物理启发的外观网络，能够生成具有视图依赖性和动态阴影效果的影像逼真的外观，即使对于看不见的身体透明构型也是如此。我们对我们的模型进行了彻底的评估，并在几种受试者和不同类型的衣服上展示了不同的动画结果。与以前关于影迷全身化身的工作不同，我们的方法甚至可以为宽松的衣服产生更丰富的动力和更现实的变形。我们还证明，我们的配方自然允许服装与不同人的头像一起使用，同时保持完全动画，因此首次可以采用新颖的衣服来实现逼真的化身。

生产级别的工作流程用于产生令人信服的3D动态人体面孔长期以来依赖各种劳动密集型工具用于几何和纹理生成，运动捕获和索具以及表达合成。最近的神经方法可以使单个组件自动化，但是相应的潜在表示不能像常规工具一样为艺术家提供明确的控制。在本文中，我们提出了一种新的基于学习的，视频驱动的方法，用于生成具有高质量基于物理资产的动态面部几何形状。对于数据收集，我们构建了一个混合多视频测量捕获阶段，与超快速摄像机耦合以获得原始的3D面部资产。然后，我们着手使用单独的VAE对面部表达，几何形状和基于物理的纹理进行建模，我们在各个网络的潜在范围内强加了基于全局MLP的表达映射，以保留各个属性的特征。我们还将增量信息建模为基于物理的纹理的皱纹图，从而达到高质量的4K动态纹理。我们展示了我们在高保真表演者特异性面部捕获和跨认同面部运动重新定位中的方法。此外，我们的基于多VAE的神经资产以及快速适应方案也可以部署以处理内部视频。此外，我们通过提供具有较高现实主义的各种有希望的基于身体的编辑结果来激发我们明确的面部解散策略的实用性。综合实验表明，与以前的视频驱动的面部重建和动画方法相比，我们的技术提供了更高的准确性和视觉保真度。

人类将他们的手和身体一起移动，沟通和解决任务。捕获和复制此类协调活动对于虚拟字符至关重要，以实际行为行为。令人惊讶的是，大多数方法分别对待身体和手的3D建模和跟踪。在这里，我们制定了一种手和身体的型号，并将其与全身4D序列合理。当扫描或捕获3D中的全身时，手很小，通常是部分闭塞，使其形状和难以恢复。为了应对低分辨率，闭塞和噪音，我们开发了一种名为Mano（具有铰接和非刚性变形的手模型）的新型号。曼诺从大约1000个高分辨率的3D扫描中学到了31个受试者的手中的大约一定的手。该模型是逼真的，低维，捕获非刚性形状的姿势变化，与标准图形封装兼容，可以适合任何人类的手。 Mano提供从手姿势的紧凑型映射，以构成混合形状校正和姿势协同效应的线性歧管。我们将Mano附加到标准参数化3D体形状模型（SMPL），导致完全铰接的身体和手部模型（SMPL + H）。我们通过用4D扫描仪捕获的综合体，自然，自然，自然的受试者的活动来说明SMPL + H.该配件完全自动，并导致全身型号，自然地移动详细的手动运动和在全身性能捕获之前未见的现实主义。模型和数据在我们的网站上自由用于研究目的（http://mano.is.tue.mpg.de）。

3D面重建结果的评估通常取决于估计的3D模型和地面真相扫描之间的刚性形状比对。我们观察到，将两个形状与不同的参考点进行排列可以在很大程度上影响评估结果。这给精确诊断和改进3D面部重建方法带来了困难。在本文中，我们提出了一种新的评估方法，并采用了新的基准测试，包括100张全球对齐的面部扫描，具有准确的面部关键点，高质量的区域口罩和拓扑符合的网格。我们的方法执行区域形状比对，并导致计算形状误差期间更准确，双向对应关系。细粒度，区域评估结果为我们提供了有关最先进的3D面部重建方法表现的详细理解。例如，我们对基于单图像的重建方法的实验表明，DECA在鼻子区域表现最好，而Ganfit在脸颊区域的表现更好。此外，使用与我们构造的相同过程以对齐和重新构造几个3D面部数据集的新型和高质量的3DMM基础HIFI3D ++。我们将在https://realy3dface.com上发布真正的HIFI3D ++以及我们的新评估管道。

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。

We propose a novel 3D morphable model for complete human heads based on hybrid neural fields. At the core of our model lies a neural parametric representation which disentangles identity and expressions in disjoint latent spaces. To this end, we capture a person's identity in a canonical space as a signed distance field (SDF), and model facial expressions with a neural deformation field. In addition, our representation achieves high-fidelity local detail by introducing an ensemble of local fields centered around facial anchor points. To facilitate generalization, we train our model on a newly-captured dataset of over 2200 head scans from 124 different identities using a custom high-end 3D scanning setup. Our dataset significantly exceeds comparable existing datasets, both with respect to quality and completeness of geometry, averaging around 3.5M mesh faces per scan. Finally, we demonstrate that our approach outperforms state-of-the-art methods by a significant margin in terms of fitting error and reconstruction quality.

我们提出了神经头头像，这是一种新型神经表示，其明确地模拟了可动画的人体化身的表面几何形状和外观，可用于在依赖数字人类的电影或游戏行业中的AR / VR或其他应用中的电话会议。我们的代表可以从单眼RGB肖像视频中学到，该视频具有一系列不同的表达和视图。具体地，我们提出了一种混合表示，其由面部的粗糙形状和表达式和两个前馈网络组成的混合表示，以及预测底层网格的顶点偏移以及视图和表达依赖性纹理。我们证明，该表示能够准确地外推到看不见的姿势和观点，并在提供尖锐的纹理细节的同时产生自然表达。与先前的磁头头像上的作品相比，我们的方法提供了与标准图形管道兼容的完整人体头（包括头发）的分解形状和外观模型。此外，就重建质量和新型观看合成而定量和定性地优于现有技术的当前状态。

虚拟网格是在线通信的未来。服装是一个人身份和自我表达的重要组成部分。然而，目前，在培训逼真的布置动画的远程介绍模型的必需分子和准确性中，目前无法使用注册衣服的地面真相数据。在这里，我们提出了一条端到端的管道，用于建造可驱动的服装代表。我们方法的核心是一种多视图图案的布跟踪算法，能够以高精度捕获变形。我们进一步依靠跟踪方法生产的高质量数据来构建服装头像：一件衣服的表达和完全驱动的几何模型。可以使用一组稀疏的视图来对所得模型进行动画，并产生高度逼真的重建，这些重建忠于驾驶信号。我们证明了管道对现实的虚拟电视应用程序的功效，在该应用程序中，从两种视图中重建了衣服，并且用户可以根据自己的意愿进行选择和交换服装设计。此外，当仅通过身体姿势驱动时，我们表现出一个具有挑战性的场景，我们可驾驶的服装Avatar能够生产出比最先进的面包质量明显更高的逼真的布几何形状。

本文介绍了一个新的大型多视图数据集，称为Humbi的人体表达式，具有天然衣物。 HUMBI的目标是为了便于建模特异性的外观和五个主要身体信号的几何形状，包括来自各种各样的人的凝视，面部，手，身体和服装。 107同步高清摄像机用于捕获772个跨性别，种族，年龄和风格的独特科目。使用多视图图像流，我们使用3D网格模型重建高保真体表达式，允许表示特定于视图的外观。我们证明HUMBI在学习和重建完整的人体模型方面非常有效，并且与人体表达的现有数据集互补，具有有限的观点和主题，如MPII-Gaze，Multi-Pie，Human 3.6m和Panoptic Studio数据集。基于HUMBI，我们制定了一种展开的姿态引导外观渲染任务的新基准挑战，其旨在大大延长了在3D中建模的不同人类表达式中的光敏性，这是真实的社会远程存在的关键能力。 Humbi公开提供http://humbi-data.net

在本文中，我们提出了一个大型详细的3D面部数据集，FACESCAPE和相应的基准，以评估单视图面部3D重建。通过对FACESCAPE数据进行训练，提出了一种新的算法来预测从单个图像输入的精心索引3D面模型。 FACESCAPE DataSet提供18,760个纹理的3D面，从938个科目捕获，每个纹理和每个特定表达式。 3D模型包含孔径级面部几何形状，也被处理为拓扑均匀化。这些精细的3D面部模型可以表示为用于详细几何的粗糙形状和位移图的3D可线模型。利用大规模和高精度的数据集，进一步提出了一种使用深神经网络学习特定于表达式动态细节的新颖算法。学习的关系是从单个图像输入的3D面预测系统的基础。与以前的方法不同，我们的预测3D模型在不同表达式下具有高度详细的几何形状。我们还使用FACESCAPE数据来生成野外和实验室内基准，以评估最近的单视面重建方法。报告并分析了相机姿势和焦距的尺寸，并提供了忠诚和综合评估，并揭示了新的挑战。前所未有的数据集，基准和代码已被释放到公众以进行研究目的。

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。

Recent work has shown the benefits of synthetic data for use in computer vision, with applications ranging from autonomous driving to face landmark detection and reconstruction. There are a number of benefits of using synthetic data from privacy preservation and bias elimination to quality and feasibility of annotation. Generating human-centered synthetic data is a particular challenge in terms of realism and domain-gap, though recent work has shown that effective machine learning models can be trained using synthetic face data alone. We show that this can be extended to include the full body by building on the pipeline of Wood et al. to generate synthetic images of humans in their entirety, with ground-truth annotations for computer vision applications. In this report we describe how we construct a parametric model of the face and body, including articulated hands; our rendering pipeline to generate realistic images of humans based on this body model; an approach for training DNNs to regress a dense set of landmarks covering the entire body; and a method for fitting our body model to dense landmarks predicted from multiple views.

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.

We present PhoMoH, a neural network methodology to construct generative models of photorealistic 3D geometry and appearance of human heads including hair, beards, clothing and accessories. In contrast to prior work, PhoMoH models the human head using neural fields, thus supporting complex topology. Instead of learning a head model from scratch, we propose to augment an existing expressive head model with new features. Concretely, we learn a highly detailed geometry network layered on top of a mid-resolution head model together with a detailed, local geometry-aware, and disentangled color field. Our proposed architecture allows us to learn photorealistic human head models from relatively little data. The learned generative geometry and appearance networks can be sampled individually and allow the creation of diverse and realistic human heads. Extensive experiments validate our method qualitatively and across different metrics.

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。

InputOutput Input Output Fig. 1. Unlike current face reenactment approaches that only modify the expression of a target actor in a video, our novel deep video portrait approach enables full control over the target by transferring the rigid head pose, facial expression and eye motion with a high level of photorealism.We present a novel approach that enables photo-realistic re-animation of portrait videos using only an input video. In contrast to existing approaches that are restricted to manipulations of facial expressions only, we are the irst to transfer the full 3D head position, head rotation, face expression, eye gaze, and eye blinking from a source actor to a portrait video of a target actor. The core of our approach is a generative neural network with a novel space-time architecture. The network takes as input synthetic renderings of a parametric face model, based on which it predicts photo-realistic video frames for a given target actor. The realism in this rendering-to-video transfer is achieved by careful adversarial training, and as a result, we can create modiied target videos that mimic the behavior of the synthetically-created input. In order to enable source-to-target video re-animation, we render a synthetic target video with the reconstructed head animation parameters from a source video, and feed it into the trained network ś thus taking full control of the

Figure 1: Frankenstein (silver) and Adam (gold). This paper presents a 3D human model capable of concurrently tracking the large-scale posture of the body along with the smaller details of a persons facial expressions and hand gestures.

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。