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神经渲染及其硬件加速综述 被引量:3
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作者 严忻恺 霍宇驰 鲍虎军 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期3846-3869,共24页
神经渲染是一种基于深度学习的新兴图像和视频生成方法,它将深度学习模型和计算机图形学的物理模型相结合,从而获得可控和逼真的场景表示和渲染,实现对诸如光照、相机参数、姿态等场景属性的控制.一方面,神经渲染既可以充分利用深度学... 神经渲染是一种基于深度学习的新兴图像和视频生成方法,它将深度学习模型和计算机图形学的物理模型相结合,从而获得可控和逼真的场景表示和渲染,实现对诸如光照、相机参数、姿态等场景属性的控制.一方面,神经渲染既可以充分利用深度学习的优势,实现传统前向渲染流程的加速,也可以为影像的逆向渲染和3维场景重建等特定任务提供新的解决方案;另一方面设计适应神经渲染流水线的创新硬件结构,突破现有图形处理器的并行计算和功耗瓶颈,有望为虚拟现实和增强现实、影视创作和数字娱乐、人工智能和元宇宙等未来重点领域提供重要支撑.综述了神经渲染的技术内涵、主要挑战和研究进展,在此基础上分析了神经渲染流水线对硬件加速支持的共性需求和当前主流神经渲染硬件加速结构的特点,进而讨论了神经渲染处理器架构的设计挑战,最后展望了其未来的发展趋势. 展开更多
关键词 神经渲染 硬件加速 神经渲染处理器 多层感知机 光线步进 哈希表
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注意力机制与神经渲染的多视图三维重建算法 被引量:2
2
作者 朱代先 孔浩然 +2 位作者 秋强 刘树林 张亚莉 《电子测量技术》 北大核心 2024年第5期158-166,共9页
针对多视图立体网络在弱纹理或非朗伯曲面等挑战性区域重建效果差的问题,首先提出一个基于3个并行扩展卷积和注意力机制的多尺度特征提取模块,在增加感受野的同时捕获特征之间的依赖关系以获取全局上下文信息,从而提升多视图立体网络在... 针对多视图立体网络在弱纹理或非朗伯曲面等挑战性区域重建效果差的问题,首先提出一个基于3个并行扩展卷积和注意力机制的多尺度特征提取模块,在增加感受野的同时捕获特征之间的依赖关系以获取全局上下文信息,从而提升多视图立体网络在挑战性区域特征的表征能力以进行鲁棒的特征匹配。其次在代价体正则化3D CNN部分引入注意力机制,使网络注意于代价体中的重要区域以进行平滑处理。另外建立一个神经渲染网络,该网络利用渲染参考损失精确地解析辐射场景表达的几何外观信息,并引入深度一致性损失保持多视图立体网络与神经渲染网络之间的几何一致性,有效地缓解有噪声代价体对多视图立体网络的不利影响。该算法在室内DTU数据集中测试,点云重建的完整性和整体性指标分别为0.289和0.326,与基准方法CasMVSNet相比,分别提升24.9%和8.2%,即使在挑战性区域也得到高质量的重建效果;在室外Tanks and Temples中级数据集中,点云重建的平均F-score为60.31,与方法UCS-Net相比提升9.9%,体现出较强的泛化能力。 展开更多
关键词 多视图立体网络 三维重建 注意力机制 神经渲染
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基于神经渲染的数字孪生资产快速场景几何建模与检索方法 被引量:10
3
作者 孙志强 郑杭彬 +2 位作者 吕超凡 孙学民 鲍劲松 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期1189-1200,共12页
虚实融合是数字孪生技术的典型特征,数字孪生的虚拟场景大多通过几何建模技术来实现。为解决场景几何建模的自动化程度较低。过于依赖人工,导致成本高昂且效率低下的问题,提出一种数字孪生几何场景构建方法。引入神经渲染技术采集物理... 虚实融合是数字孪生技术的典型特征,数字孪生的虚拟场景大多通过几何建模技术来实现。为解决场景几何建模的自动化程度较低。过于依赖人工,导致成本高昂且效率低下的问题,提出一种数字孪生几何场景构建方法。引入神经渲染技术采集物理实体的点云数据,然后设计一种基于深度学习的点云模型与3DCAD模型语义映射的方法,用于基于数字孪生几何模型资产库的3DCAD模型检索。最后建立训练数据集并构建数字孪生几何模型资产库进行实验验证。通过对比实验和退役电池拆解案例验证:与其他的数字孪生场景几何建模方法相比,该方法具有更低的成本和更高的效率。 展开更多
关键词 数字孪生 场景几何建模 神经渲染 模型检索
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基于毛发点云深度剥离的神经渲染与时域稳定性改进方法 被引量:2
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作者 叶可扬 潘曲利 任重 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期676-684,共9页
针对现有基于点云的神经渲染网络无法渲染具有时域稳定性的高质量毛发的问题,提出基于毛发点云深度剥离的神经渲染与时域稳定性改进方法.该方法通过对输入点云模型的分层投影,获取不同分层的特征信息;将结果进行融合,以适应毛发半透明特... 针对现有基于点云的神经渲染网络无法渲染具有时域稳定性的高质量毛发的问题,提出基于毛发点云深度剥离的神经渲染与时域稳定性改进方法.该方法通过对输入点云模型的分层投影,获取不同分层的特征信息;将结果进行融合,以适应毛发半透明特性;将训练好的结果输入到时域稳定性增强网络中,该模块利用相邻帧间点云的重投影得到当前帧和前几帧的依赖关系,生成当前帧的最终结果,从而保证了训练结果的时域稳定性.使用光线追踪生成的高质量毛发数据集进行实验,结果表明,与现有方法相比,该方法可以获得更好的时域稳定性和渲染结果. 展开更多
关键词 神经渲染 毛发点云 深度剥离 时域稳定性
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3D场景渲染技术——神经辐射场的研究 被引量:5
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作者 韩开 徐娟 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2024年第8期2252-2260,共9页
神经辐射场(NeRF)是一种面向三维隐式空间建模的深度学习模型,在表示和渲染三维场景领域具有重要价值。然而由于神经辐射场算法训练过程复杂、需要大量的计算资源和时间等,其可用性和实用性受到一定限制,如何针对神经辐射场的痛点问题... 神经辐射场(NeRF)是一种面向三维隐式空间建模的深度学习模型,在表示和渲染三维场景领域具有重要价值。然而由于神经辐射场算法训练过程复杂、需要大量的计算资源和时间等,其可用性和实用性受到一定限制,如何针对神经辐射场的痛点问题进行优化是当前计算机视觉等领域研究的热点之一。此研究旨在对神经辐射场的优化和应用进行全面综述。首先,在深入解析神经辐射场基本原理的基础上,从渲染质量、计算复杂度、位姿等方面对现阶段神经辐射场的优化情况进行概述;其次,列举神经辐射场应用状况,为未来更高效和实用的算法优化设计提供参考;最后,总结神经辐射场的优势与局限性,并提出未来可能的发展方向,以期发挥神经辐射场在三维渲染、场景合成等方面的巨大潜力。 展开更多
关键词 神经辐射场 神经渲染 三维场景 深度学习
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联合点云先验的神经隐式表面重建加速方法
6
作者 郭铭策 黄琲 +1 位作者 程乐超 王章野 《图学学报》 北大核心 2025年第4期807-817,共11页
针对当前神经隐式表面重建任务中训练时间开销大的问题,提出了一种联合点云先验指导的采样方法,在保证表面重建质量的同时降低模型训练的时间成本。对神经隐式表面重建网络训练的加速分为3个方面,首先交替使用随机训练像素采样和基于点... 针对当前神经隐式表面重建任务中训练时间开销大的问题,提出了一种联合点云先验指导的采样方法,在保证表面重建质量的同时降低模型训练的时间成本。对神经隐式表面重建网络训练的加速分为3个方面,首先交替使用随机训练像素采样和基于点云投影密度的自适应训练像素采样,加速模型对待重建表面位置的优化;然后通过点云先验与采样像素邻接关系,对训练光线上接近表面的位置进行集中采样,减少重要性采样的数量和时间开销;此外结合稀疏点云先验损失优化符号距离场网络,并以一定迭代步长对点云缓存进行更新。对比实验选取了DTU和Tanks-and-Temples数据集中的10个测试场景,结果表明该方法可有效地减少神经隐式表面重建训练时间开销的同时保证表面重建的质量,与NeuS神经隐式表面重建方法相比,训练时间开销减少35%;在相同训练时间内,本方法预测新视角图像峰值信噪比(PSNR)相较于NeuS方法平均提高了3.1%,结构相似度(SSIM)平均提高了3.4%。 展开更多
关键词 表面重建 神经渲染 神经隐式表面 点云 自适应采样
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神经辐射场多视图合成技术综述 被引量:9
7
作者 马汉声 祝玉华 +4 位作者 李智慧 阎磊 司艺艺 连一萌 张钰涵 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2024年第4期21-38,共18页
如何从图像中渲染出较为真实的虚拟场景一直是计算机图形学与计算机视觉领域的研究目标之一。神经辐射场是一种基于深度神经网络的新兴方法,它通过学习场景中每个点的辐射场来实现较为真实的渲染效果。通过神经辐射场不仅可以生成逼真... 如何从图像中渲染出较为真实的虚拟场景一直是计算机图形学与计算机视觉领域的研究目标之一。神经辐射场是一种基于深度神经网络的新兴方法,它通过学习场景中每个点的辐射场来实现较为真实的渲染效果。通过神经辐射场不仅可以生成逼真的图像,而且可以生成具有真实感的三维场景,在虚拟现实、增强现实和计算机游戏等领域有着广泛的应用前景。然而,其基础模型存在训练效率低、泛化能力差、可解释性不足、易受光照和材质变化影响以及无法处理动态场景等问题,在某些情况下无法获得最佳的渲染结果。大量基于此研究的工作陆续展开,且在效率和精度等方面都取得了出色的成果。为了跟踪该领域最新研究成果,对近年来神经辐射场领域的关键算法进行回顾和综述。首先介绍了神经辐射场的产生背景及原理,对后续关键改进模型进行分类探讨。主要涵盖以下几个方面:对神经辐射场基本模型参数的优化,在渲染速度与推理能力方面的提升,对空间表达和光照能力的改善,针对静态场景相机位姿估计与稀疏视图合成方法的改进,以及在动态场景建模领域的发展。对各种模型的速度与性能进行分类对比与分析,并简要介绍了该领域主要模型评估指标与公开数据集。最后对神经辐射场未来发展趋势进行展望。 展开更多
关键词 神经辐射场(NeRF) 视图合成 神经渲染 场景表达 深度学习 三维重建
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面向卫星遥感图像场景重建的神经辐射场方法综述 被引量:1
8
作者 周鑫 王洋 +3 位作者 孙显 林道玉 刘俊义 付琨 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1582-1590,共9页
随着高分辨率卫星遥感图像成为认知地理空间不可或缺的重要手段,卫星遥感图像在城市建图、生态监测和导航等领域发挥着日益重要的作用,利用卫星遥感图像进行地球表面大规模3维重建成为了计算机视觉和摄影测量领域的研究热点。神经辐射场... 随着高分辨率卫星遥感图像成为认知地理空间不可或缺的重要手段,卫星遥感图像在城市建图、生态监测和导航等领域发挥着日益重要的作用,利用卫星遥感图像进行地球表面大规模3维重建成为了计算机视觉和摄影测量领域的研究热点。神经辐射场(NeRF)利用可微渲染学习场景的隐式表示,在复杂场景新视图合成任务中实现了逼真的视觉效果,并在3维场景重建和渲染领域获得了极大的关注。近期的研究主要集中在利用神经辐射场技术,从卫星遥感图像中提取场景表示及其重建。面向卫星遥感图像的神经辐射场方法主要集中在光线空间优化、场景表示优化以及模型高效训练3方面。该文全面归纳了神经辐射场技术在卫星遥感应用中的最新进展。首先介绍神经辐射场技术的基本概念及相关数据集。然后提出一个面向卫星遥感图像的神经辐射场方法分类框架,用于系统性地回顾和整理该技术在卫星遥感领域的研究进展。接着详述了神经辐射场技术在实际卫星遥感场景应用中的相关成果。最后,基于当前研究所面临的问题和挑战进行分析和讨论,同时对未来的发展趋势和研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 神经辐射场 卫星遥感图像 神经渲染 隐式表示
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神经辐射场加速算法综述 被引量:9
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作者 王稚儒 常远 +1 位作者 鲁鹏 潘成伟 《图学学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期1-13,共13页
近年来,神经辐射场(NeRF)已成为计算机图形学和计算机视觉领域中一个重要的研究方向,因其高逼真的视觉合成效果,在真实感渲染、虚拟现实、人体建模、城市地图等领域得到了广泛的应用。NeRF利用神经网络从输入图片集中学习三维场景的隐... 近年来,神经辐射场(NeRF)已成为计算机图形学和计算机视觉领域中一个重要的研究方向,因其高逼真的视觉合成效果,在真实感渲染、虚拟现实、人体建模、城市地图等领域得到了广泛的应用。NeRF利用神经网络从输入图片集中学习三维场景的隐式表征,并合成高逼真的新视角图像。然而原始NeRF模型的训练和推理速度都很慢,难以在真实环境下部署与应用。针对NeRF的加速问题,研究者们从场景建模方法、光线采样策略等方面展开对NeRF进行提速的研究。该类工作大致可分为以下研究方向:烘焙模型、与离散表示方法结合、提高采样效率、利用哈希编码降低MLP网络复杂度、引入场景泛化性、引入深度监督信息和分解方法。通过介绍NeRF模型提出的背景,对上述思路的代表方法的优势与特点进行了讨论和分析,最后总结了NeRF相关工作在加速方面所取得的进展和对于未来的展望。 展开更多
关键词 神经辐射场 视点合成 神经渲染 NeRF加速 深度学习
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神经辐射场的研究现状与展望 被引量:5
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作者 李吉洋 程乐超 +1 位作者 何靖璇 王章野 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期995-1013,共19页
基于2D图片的视点合成一直是计算机视觉和计算机图形学领域中的一个关键问题,旨在通过一组目标场景的2D图片合成新视角下的场景图片.神经辐射场作为一种新颖的隐式场景表达方式,因其出色的视觉效果备受研究者的关注.对神经辐射场的发展... 基于2D图片的视点合成一直是计算机视觉和计算机图形学领域中的一个关键问题,旨在通过一组目标场景的2D图片合成新视角下的场景图片.神经辐射场作为一种新颖的隐式场景表达方式,因其出色的视觉效果备受研究者的关注.对神经辐射场的发展历程进行梳理,从理论基础、优化与扩展以及应用等方面介绍了相关研究.在神经辐射场的优化与扩展方面,通过优化网络结构、模型压缩等方式加速训练及渲染过程,还有一些工作致力于降低对输入图片的要求以及提高渲染质量;在应用方面,神经辐射场在人、物及场景的建模中展现出巨大的潜力,并有工作将其扩展到动态场景的表达.此外,神经辐射场与生成式模型结合,可以实现通过文本或者图像来引导三维模型生成的目标.最后,总结了现有研究工作的不足,并指出加速神经辐射场的训练与渲染,优化渲染结果,以及进一步扩展应用场景仍然是未来相关工作的研究方向. 展开更多
关键词 神经辐射场 深度学习 神经渲染 三维重建
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针对自动驾驶系统目标检测器的迁移隐蔽攻击方法
11
作者 郑君豪 蔺琛皓 +3 位作者 赵正宇 贾子羿 吴黎兵 沈超 《计算机研究与发展》 北大核心 2025年第8期2111-2124,共14页
基于深度学习的目标检测算法已广泛应用,与此同时最近的一系列研究表明现有的目标检测算法容易受到对抗性攻击的威胁,造成检测器失效.然而,聚焦于自动驾驶场景下对抗攻击的迁移性研究较少,并且鲜有研究关注该场景下对抗攻击的隐蔽性.针... 基于深度学习的目标检测算法已广泛应用,与此同时最近的一系列研究表明现有的目标检测算法容易受到对抗性攻击的威胁,造成检测器失效.然而,聚焦于自动驾驶场景下对抗攻击的迁移性研究较少,并且鲜有研究关注该场景下对抗攻击的隐蔽性.针对现有研究的不足,将对抗样本的优化类比于机器学习模型的训练过程,设计了提升攻击迁移性的算法模块.并且通过风格迁移的方式和神经渲染(neural rendering)技术,提出并实现了迁移隐蔽攻击(transferable and stealthy attack,TSA)方法.具体来说,首先将对抗样本进行重复拼接,结合掩膜生成最终纹理,并将其应用于整个车辆表面.为了模拟真实的环境条件,使用物理变换函数将渲染的伪装车辆嵌入逼真的场景中.最后,通过设计的损失函数优化对抗样本.仿真实验表明,TSA方法在攻击迁移能力上超过了现有方法,并在外观上具有一定的隐蔽性.此外,通过物理域实验进一步证明了TSA方法在现实世界中能够保持有效的攻击性能. 展开更多
关键词 对抗攻击 自动驾驶 目标检测 迁移性 隐蔽性 神经渲染
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辐射场表面物点引导的主动视图选择
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作者 谢文想 许威威 《图学学报》 北大核心 2025年第1期179-187,共9页
神经辐射场(NeRF)的出现显著提高了新视图渲染和3D重建的质量,但其数据收集过程仍然依赖于人工经验,这限制了在未知环境探索和规划等任务上的应用,因此,如何有效选择最具信息增益的视图变得至关重要,为此提出了一种新的主动视图选择策... 神经辐射场(NeRF)的出现显著提高了新视图渲染和3D重建的质量,但其数据收集过程仍然依赖于人工经验,这限制了在未知环境探索和规划等任务上的应用,因此,如何有效选择最具信息增益的视图变得至关重要,为此提出了一种新的主动视图选择策略。首先,通过体渲染权重获取训练光线投射到场景表面附近的三维点,然后计算每个三维点对于候选视图的可见性,并使用光度置信度加权来衡量候选视图,最终选择可见三维点较少且置信度低的候选视图作为新的训练视图。在Blender数据集上的实验表明,与现有的方法相比,该方法在下一最佳视图和下一批最佳视图选择上分别提高了3.88 dB和5.88 dB的PSNR质量,同时视图选择速度提高近30倍。 展开更多
关键词 神经渲染 神经辐射场 主动视图选择 场景感知 未知环境探索
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基于神经辐射场的视点合成算法综述 被引量:16
13
作者 常远 盖孟 《图学学报》 CSCD 北大核心 2021年第3期376-384,共9页
基于图像的视点合成技术在计算机图形学与计算机视觉领域均有广泛的应用,如何利用输入图像的信息对三维模型或者场景进行表达是其中的关键问题。最近,随着神经辐射场这一表示方式的提出,大量基于此表示方法的研究工作对该方法进行了进... 基于图像的视点合成技术在计算机图形学与计算机视觉领域均有广泛的应用,如何利用输入图像的信息对三维模型或者场景进行表达是其中的关键问题。最近,随着神经辐射场这一表示方式的提出,大量基于此表示方法的研究工作对该方法进行了进一步优化和扩展,在准确性、高效性等方面取得了良好的成果。该类研究工作可以根据研究目的大致分为两大类:对神经辐射场算法本身的分析以及优化,和基于神经辐射场框架的扩展及延伸。第一类研究工作对神经辐射场这一表示方法的理论性质和不足进行了分析,并提出了优化的策略,包括对合成精度的优化、对绘制效率的优化以及对模型泛用性的优化。第二类研究工作则以神经辐射场的框架为基础,对算法进行了扩展和延伸,使其能够解决更加复杂的问题,包括无约束拍摄条件下的视点合成、可进行重光照的视点合成以及对于动态场景的视点合成。在介绍了神经辐射场模型提出的背景之后,对以其为基础的其他相关工作按照上述分类进行了讨论和分析,最后总结了神经辐射场方法面对的挑战和对未来的展望。 展开更多
关键词 基于图像的绘制 视点合成 神经辐射场 神经渲染 深度学习
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神经辐射场加速技术综述 被引量:5
14
作者 郑清芳 《中兴通讯技术》 2023年第2期79-86,共8页
神经辐射场(NeRF)技术可以从2D图像中学习场景的3D隐式模型,并合成出高清逼真新视角图像。该技术有着良好的应用前景,受到业界广泛关注。针对NeRF技术运算缓慢的问题,近两年业界研究者提出了各种加速技术。对现有加速技术进行了综述,分... 神经辐射场(NeRF)技术可以从2D图像中学习场景的3D隐式模型,并合成出高清逼真新视角图像。该技术有着良好的应用前景,受到业界广泛关注。针对NeRF技术运算缓慢的问题,近两年业界研究者提出了各种加速技术。对现有加速技术进行了综述,分类梳理并分析了速度提升背后的技术机理和工程技巧,同时讨论了未来加速技术演进的方向。本研究有助于激发更高效算法的产生,从而推进NeRF技术在视觉内容生成及其他领域的应用。 展开更多
关键词 NeRF 神经渲染 视点合成 渲染
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哈希编码优化的IRON逆渲染模型:重建几何与材质 被引量:2
15
作者 张沛全 许威威 《浙江大学学报(理学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期754-760,769,共8页
将神经网络用于场景几何材质的高效表达,结合逆向渲染在二维光度图的监督下重建高质量的网格和材质贴图,为现有的图形学流水线提供服务——神经渲染已成为近年来计算机图形学新的研究热点。在IRON(inverse rendering by optimizing neur... 将神经网络用于场景几何材质的高效表达,结合逆向渲染在二维光度图的监督下重建高质量的网格和材质贴图,为现有的图形学流水线提供服务——神经渲染已成为近年来计算机图形学新的研究热点。在IRON(inverse rendering by optimizing neural SDFs and materials from photometric images)神经渲染模型基础上,通过引入多分辨率哈希编码,采用冻结训练等方法提高原始模型的训练速度。在多个数据集上的对比实验表明,优化后的IRON逆渲染模型训练速度提升了约40%,且重建结果中包含更多细节。 展开更多
关键词 符号距离场 神经渲染 哈希编码
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