🗿3DitScene:通过语言引导的解耦高斯溅射技术实现3D场景编辑

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3DitScene: Editing Any Scene via Language-guided Disentangled Gaussian Splatting
介绍网站:https://zqh0253.github.io/3DitScene/论文地址:https://arxiv.org/abs/2405.18424
3DitScene 是一个创新的场景编辑框架,通过结合语言引导的解耦高斯溅射(Gaussian Splatting)技术,实现了从二维到三维的无缝编辑能力。它由来自香港中文大学、斯坦福大学、Snap公司、UCLA和字节跳动的研究人员联合开发。
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3DitScene 允许用户对场景的构图和个别对象进行精确控制。与传统的2D图像编辑方法不同,3DitScene能够在3D空间中对对象进行操作,如移动、旋转、删除和替换,同时保持场景的三维连贯性。
  • 对象变动
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  • 视角移动同时对象变动
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此外,3DitScene 利用CLIP模型的语言特征,将语义信息引入到3D几何结构中,实现了对象级别的解耦,这使得编辑过程更加直观和用户友好。3DitScene 在推理阶段展现了出色的性能,用户不仅可以通过文本提示与场景中的对象进行交互,还可以通过绘制边界框来选择和操作对象。这种灵活性在编辑过程中为用户提供了极大的便利,无论是进行细微的调整还是进行大规模的场景重构,3DitScene都能够满足用户的需求。
技术解读
3DitScene 的特点在于其高度的灵活性和控制能力。用户可以通过文本提示查询特定对象,然后根据需要对这些对象进行编辑。这种基于语言的交互方式极大地扩展了创意表达的可能性,使得用户能够轻松实现复杂的场景修改。3DitScene 的优势是其在实验中展示的高效性,与其他基线方法相比,它在保持图像一致性和质量方面表现更优。这得益于其在优化过程中采用的损失函数,这些损失函数共同作用于图像的视觉质量和语言嵌入的精确性。
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3DitScene 的处理和生成过程结合了3D视觉理解和自然语言处理流程,主要步骤如下:
  1. 初始化3D Gaussian Splatting (3DGS)
      • 从输入的2D图像开始,3DitScene使用现成的深度预测模型来估计图像的深度图。
      • 利用深度图和相机的内外参数矩阵,将图像像素映射到3D空间,形成3D点云。
  1. 3DGS的优化
      • 通过重建损失函数(Lrecon),3DitScene优化3DGS的外观,确保渲染的图像与原始输入图像在视觉上一致。
      • 使用Stable Diffusion模型提供的Score Distillation Sampling(SDS)损失来进一步增强渲染质量。
  1. 3DGS的扩展
      • 当摄像机视角变化时,由于遮挡或新区域的出现,渲染视图可能会包含空洞。
      • 使用Stable Diffusion进行内容填充(inpainting),并利用扩散模型估计未见区域的深度图,确保新内容与现有3D高斯无缝对齐。
  1. 语言引导的解耦
      • 将CLIP模型的语言特征细化到3D高斯中,为3D几何结构引入语义信息,实现对象级别的解耦。
      • 通过这种方式,3DitScene能够将场景分解为不同的对象,并允许用户通过文本查询和操作特定对象。
  1. 用户交互
      • 用户可以通过文本提示或绘制边界框与3DitScene进行交互,查询和选择感兴趣的对象。
      • 根据用户的语言提示,3DitScene计算3D高斯中语言嵌入的相关性得分,以识别和选择用户感兴趣的对象。
  1. 编辑与渲染
      • 用户对选定对象进行操作,如移动、旋转、删除或重新风格化。
      • 3DitScene根据用户的操作更新3D场景表示,并重新渲染图像以反映这些变化。
  1. 优化与训练
      • 训练过程中,3DitScene使用重建损失、SDS损失和语言特征蒸馏损失的加权和来优化模型。
      • 通过布局增强(如随机平移、旋转和删除对象)来改善遮挡区域的外观和整体编辑视图的质量。
  1. 推理
      • 在推理阶段,3DitScene利用解耦的3D表示,允许用户以灵活的方式与场景中的对象进行交互和操作。
整个过程展示了3DitScene如何将2D图像转化为3D表示,并通过语言引导的技术实现对场景和对象的精确控制和编辑。这种技术不仅提高了编辑的灵活性和准确性,也为创意表达提供了强大的工具。
论文解读
本文提出了一个名为3DitScene的新型场景编辑框架,它利用语言引导的解耦高斯Splatting技术,实现了从2D到3D的无缝编辑,允许对场景组成和单个对象进行精确控制。
论文内容要点如下:
  1. 引言(Introduction)
      • 场景图像编辑在娱乐、专业摄影和广告设计中非常重要。
      • 现有方法主要集中在2D单个对象或3D整体场景编辑,缺乏有效控制和操作3D级别场景的统一方法。
      • 本工作提出了3DitScene,一个新颖的场景编辑框架,它通过语言引导的解耦高斯Splatting技术,实现了从2D到3D的无缝编辑。
  1. 相关工作(Related Work)
      • 回顾了使用生成模型进行2D图像合成的研究进展。
      • 讨论了3D场景生成的相关研究,特别是单视图条件下的3D场景合成。
  1. 方法(Method)
      • 3DitScene的目标是提出一个3D感知的场景图像编辑框架,允许同时控制摄像机和对象。
      • 介绍了一种新的场景表示方法——语言引导的解耦高斯Splatting。
      • 进一步将语言特征细化到高斯Splatting表示中,实现对象级别的解耦。
      • 详细阐述了优化过程,并在推理阶段展示了框架支持的灵活用户控制。
  1. 实验(Experiments)
      • 实现细节:使用GeoWizard估计相对深度,Stable Diffusion进行内容生成等。
      • 基线比较:与现有的场景图像编辑方法进行比较。
      • 定量结果:通过用户研究比较编辑结果的一致性和质量。
      • 定性结果:展示了3DitScene生成的新视图及其特征图,以及与其他方法的比较结果。
      • 消融研究:探讨了解耦属性对优化过程的贡献,以及不同损失项的影响。
  1. 结论和讨论(Conclusion and Discussion)
      • 3DitScene通过语言引导的解耦场景表示,实现了对对象和整个场景的3D感知编辑。
      • 通过不同设置的测试,证明了3DitScene与先前方法相比的优越性。
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