论文带读——RenderDiffusion: Image Diffusion for 3D Reconstruction, Inpainting and Generation

RenderDiffusion是一种新型3D感知图像扩散模型,可在无明确3D监督的情况下,利用单目2D图像训练,实现3D场景重建、修复及生成。通过将3D结构引入传统2D扩散过程,并借助体积渲染技术,该模型能够产生具有3D场景一致性的高质量图像。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

RenderDiffusion: Image Diffusion for 3D Reconstruction, Inpainting and Generation


————YssssMikey

Tips: 我会基本上几天更新一篇论文引读,一般是AIGC模型——3D+Diffusion方向每日在Arxiv上新发布的最新Paper来导读,喜欢支持的伙伴可以支持关注点赞哦!!对于文章中可能出现的错误和建议可以在评论区打出(本人也只是刚入AIGC方向的小朋友)

Summary: 作为3D生成和推理的第一个3D-aware 1图像扩散模型(接受单目二维监督训练),将三维结构引入到传统的2D diffusion中,将decoder的架构修改为把有噪声的输入图像在去噪步骤中编码为场景的3D表示,然后该场景通过体积渲染获得去噪后的输出图像(2D)。目的是产生3D场景一致性的归纳偏差

  • Monocular 3d Reconstruction

  • 3D-aware inpainting——允许2d inpainting 来编辑3d场景

  • Unconditional generation


Resource: challenges in 3d generation & understanding

  • 显示3d表示(voxels),导致大量内存需求并影响收敛速度

  • 3d 数据集数量级少


Method:

显式潜在3D表示的去噪架构——在每个去噪步骤中生成并渲染一个场景的中间3D表示,可以在扩散过程中有一个强归纳结构

  • 只使用2D图像训练且无明确的3D监督

  • 潜在的3D表示合并在denoiser中,产生一种归纳偏差

    Latent 3D structure:

    • decoder(由noise image创建)

    • volumetric renderer(将3d表示 渲染回 →2d denoised image)2

    优势:

    • 避免了体积数据的立方内存增长(直接处理2d,而无需3d监督)

Model

Architecture overview:

在这里插入图片描述

上图为模型总体的体系结构

  • 对有噪声的输入图像应用到 g θ g_\theta gθ ,逐步去噪生成图像

  • 去噪器 g θ g_\theta gθ 以三平面表示(P)

    The description of P:

    • noise image→encoder( e ϕ e_\phi eϕ)→P→MLP( s ϕ s_\phi sϕ)将任意采样点的三平面特征转换成→颜色&密度→去噪的输出图像(体积渲染回denoised image)

  • Image diffusion model

    基本流程和DDPM一致,有区别的是去噪器 g θ g_\theta gθ 不是来预测噪声( x t − x 0 x_t-x_0 xtx0) 而是来预测 x 0 x_0 x0,因此Train Loss为如下:
    在这里插入图片描述

    当训练完成,在生成阶段时,模型 g θ g_\theta gθ 就可将 μ t \mu_t μt近似与如下:
    在这里插入图片描述

  • 3D-Aware Denoiser

    x t x_t xt g θ g_\theta gθ x 0 x_0 x0

    Novel decoder structure:引入潜在的3D表示,更改decoder的体系结构,以下是加入的额外两个组件

    • triplane encoder e ϕ e_\phi eϕ 三面编码器:使用摄像机视图 v 构成的输入图像 x t x_t xt →3d三面表示

    • triplane renderer r ψ r_\psi rψ 三面渲染器:将3d三面表示→渲染回去噪图像 x 0 x_0 x0

在这里插入图片描述

  • Triplane representation:
    - 分解3D特征网格:三平面表示P 将一个完整的3D特征网格分解为三个 (沿三个坐标平面放置的2D feature map[每个feature map的size : N×N× n f n_f nf , n f n_f nf 是feature的通道数])
    - P[p]——对P双线性抽样:将任意给定的3D点p****投影到每个坐标平面,对每个特征图作双线性插值并将三个结果相加,最后得到一个size为 n f n_f nf 的单特征向量
  • Triplane encoder:
    • e ϕ e_\phi eϕ 将M×M×3的输入图像 x t x_t xt →N×N×3 n f n_f nf 的三平面表示(N≥M)
    • U-Net体系结构作为basis,但在三平面大小的输出 feature maps中添加额外的层(未跳过连接
  • Triplane renderer:
    • r ψ r_\psi rψ 使用上述的三平面特征进行体渲染,输出M×M×3的图像 x t − 1 x_{t-1} xt1
    • 对每个3D采样点,沿着从图像投射的射线得到density **γ **and color c

( γ , c ) = s ψ ( p , P [ p ] ) (\gamma, \mathbf{c})=s_{\psi}(\mathbf{p}, \mathbf{P}[\mathbf{p}]) (γ,c)=sψ(p,P[p])
像素的最终颜色是通过沿着射线集成density γ and color c产生的(使用与MipNeRF相同的显式体绘制方法)

使用NERF的两次重要性采样:

  • 第一次传递使用分层抽样,沿着每条射线放置样本
  • 对第一次传递的结果进行抽样
  • 3D Reconstruction

    tr: [forward process steps tr<T] num of 重建输入图像 x 0 x_0 x0 3D场景的正向加噪step

    tr的选择是需要在重建保真度泛化性(generalization to out-of-distribution) 进行权衡

    • tr=0 :输入图像不添加噪声,3D重建尽可能再现输入图像的场景

    • tr越大,输入图像分布越不均衡,去噪器可以移动输入图像学习分布(这样处理的结果是降低了重建保真度,因为添加的噪声从输入图像中删除了部分细节,去噪器用生成的内容进行了填补)


Conclusion

  • 第一个可以利用posed 2D-images 而非3D监督的3D扩散模型

  • 新的去噪架构:triplane渲染模型,加强了归纳偏差,产生3D场景一致性

  • 使用情景:

    • 2d image →3d 场景

    • 2d inpainting →3d编辑

    • 3d场景生成

  • 局限性:

    • 要求训练图像有已知的相机参数

    • 三平面需要被放置到一个全局坐标系中,限制了跨对象放置的泛化

      以上两个问题作者提出可以通过估计相机参数和对象bounding box来缓解 或 在以对象为中心的坐标系中work.

      未来可以朝着组合性多个对象生成场景发展

  • 本文的encoder模块可以从注入有关3D场景结构信息(该信息可以通过跳跃连接将图像中的区域连接到三平面中相应的区域)得到提升

  • 前景:

    • 未来可以朝着组合性多个对象生成场景发展

    • 支持对象编辑和材料编辑,使之成为效果更好的3D-Aware 2d图像编辑workflow


  1. 3D理解的任务:视图一致性3D生成 & 单视图对象重建 ↩︎

  2. 训练过程 ↩︎

### 关于Scene Diffusion连续场景生成用于LiDAR模拟的研究 目前,关于 **Scene Diffusion Continuous Scenario Generation for LiDAR Simulation** 的具体研究尚未广泛公开提及。然而,可以推测该主题可能涉及扩散模型(Diffusion Models)在激光雷达(LiDAR)数据生成中的应用。这种技术的核心在于通过生成对抗网络(GAN)、变分自编码器(VAE)或者更先进的扩散模型来合成逼真的三维点云数据。 #### 扩散模型简介 扩散模型是一种基于马尔可夫链的概率生成模型,其核心思想是通过对噪声逐步去噪的过程重建目标分布的数据[^4]。这类模型已经在图像生成领域取得了显著成果,并逐渐扩展到其他模态的数据生成任务中,例如音频、视频甚至三维点云。 #### 应用背景 激光雷达传感器作为自动驾驶汽车的重要组成部分之一,能够提供高精度的环境几何信息。然而,实际采集的真实世界LiDAR数据往往受到天气条件、光照变化等因素的影响,从而增加了算法开发和验证的成本。因此,利用仿真工具生成多样化的LiDAR扫描数据成为一种有效的替代方案。 #### 技术实现思路 以下是构建此类系统的潜在技术路径: 1. 数据预处理阶段:收集大量真实世界的LiDAR测量值并将其转换成统一格式供后续训练使用; 2. 模型架构设计方面可以选择引入U-Net风格的encoder-decoder结构配合注意力机制增强局部细节表现力;同时结合时间步嵌入向量调节不同演化阶段特性表达能力。 3. 训练过程中采用均方误差损失函数衡量预测结果与原始输入之间的差异程度,并辅以额外正则项约束促进泛化性能提升。 ```python import torch.nn as nn class UNetBlock(nn.Module): def __init__(self, in_channels, out_channels): super().__init__() self.conv = nn.Sequential( nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size=3, padding='same'), nn.ReLU(), nn.BatchNorm2d(out_channels), nn.Conv2d(out_channels, out_channels, kernel_size=3, padding='same'), nn.ReLU(), nn.BatchNorm2d(out_channels) ) def forward(self, x): return self.conv(x) def unet_model(): model = nn.Sequential( UNetBlock(64, 128), # Example layer definition ... ) return model ``` 尽管上述描述提供了理论框架指导,但针对特定应用场景优化调整参数设置仍需深入探索实践检验效果如何达到最佳平衡状态。 ### 下载资源建议 如果正在寻找与此相关的学术文章全文链接下载方式,推荐访问以下几个知名开源平台尝试检索获取: - arXiv.org: https://arxiv.org/ - ResearchGate.net: https://www.researchgate.net/ - Google Scholar: https://scholar.google.com/ 另外值得注意的是部分高质量期刊会议论文可能会有订阅权限限制情况存在,在这种情形下考虑联系作者请求副本或许不失为一条可行途径。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值