GNT

GNT

使用Transformer重建和渲染NeRF模型

Generalizable NeRF Transformer (GNT) 是一个用于高效重建和渲染神经辐射场的纯Transformer架构。它通过视图Transformer和射线路径Transformer两个阶段完成场景表示和渲染。GNT在跨场景训练中展示了其在多个数据集上优异的性能和普遍适用性。

GNTNeRFtransformer渲染图像重建Github开源项目

GNT 项目介绍

背景介绍

在计算机图形学领域,NeRF(神经辐射场)技术的发展在生成逼真三维场景和图像方面展现出了巨大的潜力。然而,传统的NeRF算法通常需要对每个场景进行独立优化,这种方式不仅需要复杂的渲染方程,还耗时费力。针对这一问题,GNT(Generalizable NeRF Transformer)项目提出了一种基于Transformer的统一架构,旨在提高NeRF的通用性和效率。

项目概述

GNT项目提出了一种全新的Transformer架构,以实现高效的神经场景重建。它由两个主要阶段组成:

  • 视图转换器(View Transformer):利用多视角几何作为归纳偏置,通过聚合邻近视图上的极线信息,推导坐标对齐的特征。这一阶段采用了注意力机制来进行场景表示。

  • 射线转换器(Ray Transformer):借助射线行进技术,将采样点特征序列进行直接解码,从而生成新视角图像。

通过实验,GNT在单场景优化时能够成功重建NeRF,甚至在复杂场景中,通过可学习射线渲染器提升了约1.3 dB的PSNR表现。当在不同场景上进行训练时,GNT在将其应用到正面LLFF数据集和合成Blender数据集时,分别取得了20%和4%的视觉损失(LPIPS)降低,以及25%和4%的结构相似性(SSIM)提升。此外,研究还发现,通过学习到的注意力图可以推断深度和遮挡信息,这指出纯注意力机制具有学习物理渲染过程的能力。

实验结果与意义

GNT在多场景训练与测试中,展示了其优越的通用性能和场景重建效果。具体而言:

  • 在单场景下,不需要显式的渲染公式就能重建NeRF。
  • 凭借可学习的渲染器,显著提升了复杂场景的重建质量。
  • 在多场景训练时,成功在不同数据集上实现最先进(State-of-the-Art,SOTA)的表现。

此项研究不仅为Transformers在计算机图形学中的应用打开了新的可能性,也为未来的研究提供了一个通用的建模工具。

技术指导

环境与安装

项目代码已在Python 3.8、CUDA 11.1及PyTorch 1.10.1环境下进行测试。运行环境依赖的库包括:torchvisionConfigArgParseimageiomatplotlibnumpyopencv_contrib_pythonPillowscipyimageio-ffmpeglpipsscikit-image

查找项目源码并克隆到本地:

git clone https://github.com/MukundVarmaT/GNT.git cd GNT/

数据集

GNT项目再利用了IBRNet的训练和评估数据集。所有数据集需要下载到项目文件夹内的 data/ 目录,并遵循特定的目录结构进行组织。

使用方法

  1. 训练:可以选择单场景或跨场景进行训练。
  2. 预训练模型:提供基于LLFF和Synthetic数据集的预训练模型。
  3. 评估和渲染:支持对不同场景进行评估和视频渲染。

结语

GNT项目通过极大化Transformer架构的能力,展现了在三维场景重建中的应用前景。随着研究的深入,Transformer有望成为图形建模领域的重要工具,为计算机视觉和图形学的融合探索更广阔的解决方案。

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