Face rendering using neural radiance fields (NeRF) is a rapidly developing research area in computer vision. While recent methods primarily focus on controlling facial attributes such as identity and expression, they often overlook the crucial aspect of modeling eyeball rotation, which holds importance for various downstream tasks. In this paper, we aim to learn a face NeRF model that is sensitive to eye movements from multi-view images. We address two key challenges in eye-aware face NeRF learning: how to effectively capture eyeball rotation for training and how to construct a manifold for representing eyeball rotation. To accomplish this, we first fit FLAME, a well-established parametric face model, to the multi-view images considering multi-view consistency. Subsequently, we introduce a new Dynamic Eye-aware NeRF (DeNeRF). DeNeRF transforms 3D points from different views into a canonical space to learn a unified face NeRF model. We design an eye deformation field for the transformation, including rigid transformation, e.g., eyeball rotation, and non-rigid transformation. Through experiments conducted on the ETH-XGaze dataset, we demonstrate that our model is capable of generating high-fidelity images with accurate eyeball rotation and non-rigid periocular deformation, even under novel viewing angles. Furthermore, we show that utilizing the rendered images can effectively enhance gaze estimation performance.


翻译:基于神经辐射场(NeRF)的人脸渲染是计算机视觉领域快速发展的研究方向。尽管现有方法主要聚焦于控制身份、表情等人脸属性,却常忽视对眼球旋转这一关键要素的建模,而这对诸多下游任务具有重要意义。本文旨在从多视角图像中学习对眼部运动敏感的人脸NeRF模型。我们针对眼部感知的人脸NeRF学习面临的两大挑战:如何有效捕捉眼球旋转以实现训练,以及如何构建表征眼球旋转的流形。为此,我们首先将成熟的参数化人脸模型FLAME拟合至多视角图像,并考虑多视角一致性。随后,我们提出新型动态眼部感知NeRF(DeNeRF)。DeNeRF将不同视角的三维点变换至规范空间,以学习统一的人脸NeRF模型。我们设计了包含刚性变换(如眼球旋转)与非刚性变换的眼部变形场。通过在ETH-XGaze数据集上的实验,我们证明本模型即使在全新视角下,也能生成具有精准眼球旋转与眼部周围非刚性变形的高保真图像。此外,我们还展示利用渲染图像可有效提升视线估计性能。

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