BundleSDF：未知物体的神经6自由度跟踪和3D重建

这是我们发表在CVPR 2023上的论文的实现

摘要

我们提出了一种近实时方法，可以从单目RGBD视频序列中对未知物体进行6自由度跟踪，同时执行物体的神经3D重建。我们的方法适用于任意刚体物体，即使在缺乏视觉纹理的情况下也能工作。只需在第一帧对物体进行分割。不需要额外信息，也不对交互代理做任何假设。我们方法的关键是一个神经物体场，它与姿态图优化过程同时学习，以便将信息稳健地累积到一个一致的3D表示中，捕捉几何和外观信息。自动维护一个动态的带姿态的记忆帧池，以促进这些线程之间的通信。我们的方法可以处理具有大幅姿态变化、部分和全遮挡、无纹理表面和镜面高光的挑战性序列。我们在HO3D、YCBInEOAT和BEHAVE数据集上展示了结果，证明我们的方法显著优于现有方法。

引用

@InProceedings{bundlesdfwen2023,
author        = {Bowen Wen and Jonathan Tremblay and Valts Blukis and Stephen Tyree and Thomas M\"{u}ller and Alex Evans and Dieter Fox and Jan Kautz and Stan Birchfield},
title         = {{BundleSDF}: {N}eural 6-{DoF} Tracking and {3D} Reconstruction of Unknown Objects},
booktitle     = {CVPR},
year          = {2023},
}

数据下载

下载预训练的分割网络权重，并将其放在 ./BundleTrack/XMem/saves/XMem-s012.pth
下载预训练的LoFTR outdoor_ds.ckpt权重，并将其放在 ./BundleTrack/LoFTR/weights/outdoor_ds.ckpt
下载HO3D数据。我们提供了增强数据，您可以从这里下载。然后从这里下载YCB-Video物体模型。最后，确保结构如下所示，并在BundleTrack/scripts/data_reader.py顶部更新HO3D_ROOT的根路径
```
HO3D_v3
  ├── evaluation
  ├── models
  └── masks_XMem
```

Docker/环境设置

构建Docker镜像（这只需要做一次，可能需要一些时间）。

cd docker
docker build --network host -t nvcr.io/nvidian/bundlesdf .

首次启动Docker容器

cd docker && bash run_container.sh

# 在Docker容器内，编译机器相关的包
bash build.sh

在自定义数据上运行

按如下方式准备您的RGBD视频文件夹（也可以参考示例牛奶数据）。您可以在这里找到用于测试的示例牛奶数据。

root
  ├──rgb/    (PNG文件)
  ├──depth/  (PNG文件，以毫米为单位存储，uint16格式。文件名与rgb相同)
  ├──masks/       (PNG文件。文件名与rgb相同。0为背景。其他为前景)
  └──cam_K.txt   (3x3内参矩阵，使用空格和回车分隔)

由于许可问题，我们无法在此代码库中包含XMem用于在线运行分割。如果您有兴趣这样做，请单独下载代码并在segmentation_utils.py中添加包装器。

运行您的RGBD视频（指定video_dir和您想要的输出路径）。有3个步骤。

# 1) 运行联合跟踪和重建
python run_custom.py --mode run_video --video_dir /home/bowen/debug/2022-11-18-15-10-24_milk --out_folder /home/bowen/debug/bundlesdf_2022-11-18-15-10-24_milk --use_segmenter 1 --use_gui 1 --debug_level 2

# 2) 运行全局细化后处理以优化网格
python run_custom.py --mode global_refine --video_dir /home/bowen/debug/2022-11-18-15-10-24_milk --out_folder /home/bowen/debug/bundlesdf_2022-11-18-15-10-24_milk   # 将路径更改为您的视频目录

# 3) (可选) 如果您想绘制定向边界框以可视化姿态，类似于我们的演示
python run_custom.py --mode draw_pose --out_folder /home/bowen/debug/bundlesdf_2022-11-18-15-10-24_milk

最后，结果将被保存在out_folder中，包括存储在ob_in_cam/中的跟踪姿态和带纹理的重建网格textured_mesh.obj。

在HO3D数据集上运行

# 运行BundleSDF以获取姿态和重建结果
python run_ho3d.py --video_dirs /mnt/9a72c439-d0a7-45e8-8d20-d7a235d02763/DATASET/HO3D_v3/evaluation/SM1 --out_dir /home/bowen/debug/ho3d_ours

# 对输出结果进行基准测试
python benchmark_ho3d.py --video_dirs /mnt/9a72c439-d0a7-45e8-8d20-d7a235d02763/DATASET/HO3D_v3/evaluation/SM1 --out_dir /home/bowen/debug/ho3d_ours