Despite advancements in Neural Implicit models for 3D surface reconstruction, handling dynamic environments with arbitrary rigid, non-rigid, or deformable entities remains challenging. Many template-based methods are entity-specific, focusing on humans, while generic reconstruction methods adaptable to such dynamic scenes often require additional inputs like depth or optical flow or rely on pre-trained image features for reasonable outcomes. These methods typically use latent codes to capture frame-by-frame deformations. In contrast, some template-free methods bypass these requirements and adopt traditional LBS (Linear Blend Skinning) weights for a detailed representation of deformable object motions, although they involve complex optimizations leading to lengthy training times. To this end, as a remedy, this paper introduces TFS-NeRF, a template-free 3D semantic NeRF for dynamic scenes captured from sparse or single-view RGB videos, featuring interactions among various entities and more time-efficient than other LBS-based approaches. Our framework uses an Invertible Neural Network (INN) for LBS prediction, simplifying the training process. By disentangling the motions of multiple entities and optimizing per-entity skinning weights, our method efficiently generates accurate, semantically separable geometries. Extensive experiments demonstrate that our approach produces high-quality reconstructions of both deformable and non-deformable objects in complex interactions, with improved training efficiency compared to existing methods.


翻译:尽管神经隐式模型在三维表面重建方面取得了进展,但处理包含任意刚性、非刚性或可变形实体的动态环境仍然具有挑战性。许多基于模板的方法针对特定实体(如人体),而适用于此类动态场景的通用重建方法通常需要额外输入(如深度或光流),或依赖预训练的图像特征以获得合理结果。这些方法通常使用潜在编码来逐帧捕捉变形。相比之下,一些无模板方法绕过了这些要求,采用传统的线性混合蒙皮权重来详细表示可变形物体的运动,尽管它们涉及复杂的优化过程,导致训练时间较长。为此,作为一种改进方案,本文提出了TFS-NeRF,一种用于动态场景的无模板三维语义神经辐射场,可从稀疏或单视角RGB视频中捕捉多种实体间的交互,并且比其他基于线性混合蒙皮的方法更具时间效率。我们的框架使用可逆神经网络预测线性混合蒙皮权重,从而简化了训练过程。通过解耦多个实体的运动并优化每个实体的蒙皮权重,我们的方法能够高效生成精确且语义可分离的几何结构。大量实验表明,我们的方法能够对复杂交互中的可变形和不可变形物体进行高质量重建,并且在训练效率上优于现有方法。

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