Implicit neural representations have shown compelling results in offline 3D reconstruction and also recently demonstrated the potential for online SLAM systems. However, applying them to autonomous 3D reconstruction, where a robot is required to explore a scene and plan a view path for the reconstruction, has not been studied. In this paper, we explore for the first time the possibility of using implicit neural representations for autonomous 3D scene reconstruction by addressing two key challenges: 1) seeking a criterion to measure the quality of the candidate viewpoints for the view planning based on the new representations, and 2) learning the criterion from data that can generalize to different scenes instead of a hand-crafting one. To solve the challenges, firstly, a proxy of Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) is proposed to quantify a viewpoint quality; secondly, the proxy is optimized jointly with the parameters of an implicit neural network for the scene. With the proposed view quality criterion from neural networks (termed as Neural Uncertainty), we can then apply implicit representations to autonomous 3D reconstruction. Our method demonstrates significant improvements on various metrics for the rendered image quality and the geometry quality of the reconstructed 3D models when compared with variants using TSDF or reconstruction without view planning. Project webpage https://kingteeloki-ran.github.io/NeurAR/


翻译:在3D离线重建中,隐含的神经表层显示了令人信服的结果,最近还展示了在线SLAM系统的潜力。然而,在3D自主重建中,机器人需要探索现场并规划重建的视图路径,而将这些数据应用到3D自动重建中,尚未对此进行研究。在本文件中,我们首次探索了将隐含的神经表层用于3D自主现场重建中的可能性,解决了两个关键挑战:(1) 寻求一个标准,以测量候选人观点的质量,根据新的表达方式进行视图规划;(2) 从数据中学习标准,从能够概括到不同场面而不是手动的3D重建中学习。首先,为了解决挑战,建议代用PSNRR(PER)来量化观点质量;第二,将代用隐含的神经网络参数进行最佳化。根据神经网络(称为神经不确定性)的拟议观点质量标准,我们随后可以对自主的3D重建应用隐含的表达式。我们的方法显示,在设定图像质量和地理-ARI Virma 模型进行重建时,不使用3DF模型进行重建。

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在计算机视觉中, 三维重建是指根据单视图或者多视图的图像重建三维信息的过程. 由于单视频的信息不完全,因此三维重建需要利用经验知识. 而多视图的三维重建(类似人的双目定位)相对比较容易, 其方法是先对摄像机进行标定, 即计算出摄像机的图象坐标系与世界坐标系的关系.然后利用多个二维图象中的信息重建出三维信息。 物体三维重建是计算机辅助几何设计(CAGD)、计算机图形学(CG)、计算机动画、计算机视觉、医学图像处理、科学计算和虚拟现实、数字媒体创作等领域的共性科学问题和核心技术。在计算机内生成物体三维表示主要有两类方法。一类是使用几何建模软件通过人机交互生成人为控制下的物体三维几何模型,另一类是通过一定的手段获取真实物体的几何形状。前者实现技术已经十分成熟,现有若干软件支持,比如:3DMAX、Maya、AutoCAD、UG等等,它们一般使用具有数学表达式的曲线曲面表示几何形状。后者一般称为三维重建过程,三维重建是指利用二维投影恢复物体三维信息(形状等)的数学过程和计算机技术,包括数据获取、预处理、点云拼接和特征分析等步骤。
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