站在門口看一眼，AI 就能腦補出房間里面長什么樣：

是不是有線上 VR 看房那味兒了?不只是室內(nèi)效果，來個遠景長鏡頭航拍也是 so easy：

而且渲染出的圖像通通都是高保真效果，仿佛是用真相機拍出來的一樣。最近一段時間，用 2D 圖片合成 3D 場景的研究火了一波又一波。但是過去的許多研究，合成場景往往都局限在一個范圍比較小的空間里。比如此前大火的 NeRF，效果就是圍繞畫面主體展開。

這一次的新進展，則是將視角進一步延伸，更側(cè)重讓 AI 預(yù)測出遠距離的畫面。

比如給出一個房間門口，它就能合成穿過門、走過走廊后的場景了。

目前，該研究的相關(guān)論文已被 CVPR2022 接收。

輸入單張畫面和相機軌跡

讓 AI 根據(jù)一個畫面，就推測出后面的內(nèi)容，這個感覺是不是和讓 AI 寫文章有點類似?實際上，研究人員這次用到的正是 NLP 領(lǐng)域常用的 Transformer。他們利用自回歸 Transformer 的方法，通過輸入單個場景圖像和攝像機運動軌跡，讓生成的每幀畫面與運動軌跡位置一一對應(yīng)，從而合成出一個遠距離的長鏡頭效果。

整個過程可以分為兩個階段。

第一階段先預(yù)訓(xùn)練了一個 VQ-GAN，可以把輸入圖像映射到 token 上。VQ-GAN 是一個基于 Transformer 的圖像生成模型，其最大特點就是生成的圖像非常高清。在這部分，編碼器會將圖像編碼為離散表示，解碼器將表示映射為高保真輸出。

第二階段，在將圖像處理成 token 后，研究人員用了類似 GPT 的架構(gòu)來做自回歸。具體訓(xùn)練過程中，要將輸入圖像和起始相機軌跡位置編碼為特定模態(tài)的 token，同時添加一個解耦的位置輸入 P.E.。然后，token 被喂給自回歸 Transformer 來預(yù)測圖像。模型從輸入的單個圖像開始推理，并通過預(yù)測前后幀來不斷增加輸入。

研究人員發(fā)現(xiàn)，并非每個軌跡時刻生成的幀都同樣重要。因此，他們還利用了一個局部性約束來引導(dǎo)模型更專注于關(guān)鍵幀的輸出。這個局部性約束是通過攝像機軌跡來引入的?；趦蓭嬅嫠鶎?yīng)的攝像機軌跡位置，研究人員可以定位重疊幀，并能確定下一幀在哪。

為了結(jié)合以上內(nèi)容，他們利用 MLP 計算了一個“相機感知偏差”。這種方法會使得在優(yōu)化時更加容易，而且對保證生成畫面的一致性上，起到了至關(guān)重要的作用。

實驗結(jié)果

本項研究在 RealEstate10K、Matterport3D 數(shù)據(jù)集上進行實驗。結(jié)果顯示，相較于不規(guī)定相機軌跡的模型，該方法生成圖像的質(zhì)量更好。

與離散相機軌跡的方法相比，該方法的效果也明顯更好。

作者還對模型的注意力情況進行了可視化分析。結(jié)果顯示，運動軌跡位置附近貢獻的注意力更多。

在消融實驗上，結(jié)果顯示該方法在 Matterport3D 數(shù)據(jù)集上，相機感知偏差和解耦位置的嵌入，都對提高圖像質(zhì)量和幀與幀之間的一致性有所幫助。

兩位作者均是華人

Xuanchi Ren 為香港科技大學(xué)本科生。

他曾在微軟亞研院實習過，2021 年暑期與 Xiaolong Wang 教授有過合作。

Xiaolong Wang 是加州大學(xué)圣地亞哥分校助理教授。

他博士畢業(yè)于卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機器人專業(yè)。研究興趣有計算機視覺、機器學(xué)習和機器人等。特別自我監(jiān)督學(xué)習、視頻理解、常識推理、強化學(xué)習和機器人技術(shù)等領(lǐng)域。

論文地址：

https://xrenaa.github.io/look-outside-room/