GET3D

GET3D：从图像学习高质量三维纹理形状的生成模型 (NeurIPS 2022)<br>_{官方 PyTorch 实现}

GET3D：从图像学习高质量三维纹理形状的生成模型<br> Jun Gao , Tianchang Shen , Zian Wang, Wenzheng Chen, Kangxue Yin , Daiqing Li, Or Litany, Zan Gojcic, Sanja Fidler <br> 论文 , 项目页面

摘要：随着多个行业向大规模三维虚拟世界建模发展，对能够在三维内容的数量、质量和多样性方面扩展的内容创作工具的需求变得越来越明显。在我们的工作中，我们旨在训练高性能的三维生成模型，合成可直接被三维渲染引擎使用的纹理网格，从而可立即用于下游应用。先前的三维生成建模工作要么缺乏几何细节，要么在可产生的网格拓扑结构上受限，通常不支持纹理，或者在合成过程中使用神经渲染器，这使得它们在常见的三维软件中的使用变得复杂。在本工作中，我们引入了GET3D，这是一个直接生成具有复杂拓扑结构、丰富几何细节和高保真纹理的显式纹理三维网格的生成模型。我们结合了可微表面建模、可微渲染以及二维生成对抗网络的最新成果，从二维图像集合中训练我们的模型。GET3D能够生成高质量的三维纹理网格，范围涵盖汽车、椅子、动物、摩托车和人物角色到建筑物，相比先前的方法取得了显著的改进。

如需商业咨询，请访问我们的网站并提交表单：NVIDIA 研究许可

新闻

• 2023-09-15：我们增加了对FlexiCubes的支持，可作为DMTet的替代方案。更多详情请参阅此章节。
• 2022-10-13：Shapenet预训练模型发布！查看更多详情此处
• 2022-09-29：代码发布！
• 2022-09-22：代码将于下周上传！

要求

• 出于性能和兼容性考虑，我们推荐使用Linux。
• 1-8块高端NVIDIA GPU。我们使用V100或A100 GPU进行所有测试和开发。
• 64位Python 3.8和PyTorch 1.9.0。PyTorch安装说明请参见 https://pytorch.org。
• CUDA工具包11.1或更高版本。（为什么需要单独安装CUDA工具包？我们使用了StyleGAN3仓库中的自定义CUDA扩展。请参阅故障排除）。
• 我们还建议按照官方仓库的说明安装Nvdiffrast，并安装Kaolin。
• 我们提供了一个脚本来安装软件包。

通过Docker使用服务器

• 构建Docker镜像

cd docker
chmod +x make_image.sh
./make_image.sh get3d:v1

• 启动交互式Docker容器：docker run --gpus device=all -it --rm -v 你的本地文件夹:挂载文件夹 -it get3d:v1 bash

准备数据集

GET3D在合成数据集上进行训练。我们为Shapenet提供了渲染脚本。请参阅readme下载shapenet数据集并渲染它。

使用FlexiCubes

我们集成了FlexiCubes，这是我们最新的高质量等值面表示。要将FlexiCubes作为DMTet的替代方案用于等值面提取，只需在以下训练和推理命令中添加--iso_surface flexicubes。

训练模型

克隆gitlab代码和必要文件：

cd 你的代码路径
git clone git@github.com:nv-tlabs/GET3D.git
cd GET3D; mkdir cache; cd cache
wget https://api.ngc.nvidia.com/v2/models/nvidia/research/stylegan3/versions/1/files/metrics/inception-2015-12-05.pkl

训练模型

cd 你的代码路径 
export PYTHONPATH=$PWD:$PYTHONPATH
export CUDA_VISIBLE_DEVICES=0,1,2,3,4,5,6,7

• 在汽车、摩托车或椅子上训练统一生成器（附录中的改进生成器）：

python train_3d.py --outdir=日志路径 --data=渲染图像路径 --camera_path 渲染相机路径 --gpus=8 --batch=32 --gamma=40 --data_camera_mode shapenet_car  --dmtet_scale 1.0  --use_shapenet_split 1  --one_3d_generator 1  --fp32 0
python train_3d.py --outdir=日志路径 --data=渲染图像路径 --camera_path 渲染相机路径 --gpus=8 --batch=32 --gamma=80 --data_camera_mode shapenet_motorbike  --dmtet_scale 1.0  --use_shapenet_split 1  --one_3d_generator 1  --fp32 0
python train_3d.py --outdir=日志路径 --data=渲染图像路径 --camera_path 渲染相机路径 --gpus=8 --batch=32 --gamma=400 --data_camera_mode shapenet_chair  --dmtet_scale 0.8  --use_shapenet_split 1  --one_3d_generator 1  --fp32 0

• 如果想要训练单独的生成器（论文中的主要图表）：

python train_3d.py --outdir=日志路径 --data=渲染图像路径 --camera_path 渲染相机路径 --gpus=8 --batch=32 --gamma=40 --data_camera_mode shapenet_car  --dmtet_scale 1.0  --use_shapenet_split 1  --one_3d_generator 0
python train_3d.py --outdir=日志路径 --data=渲染图像路径 --camera_path 渲染相机路径 --gpus=8 --batch=32 --gamma=80 --data_camera_mode shapenet_motorbike  --dmtet_scale 1.0  --use_shapenet_split 1  --one_3d_generator 0
python train_3d.py --outdir=日志路径 --data=渲染图像路径 --camera_path 渲染相机路径 --gpus=8 --batch=32 --gamma=3200 --data_camera_mode shapenet_chair  --dmtet_scale 0.8  --use_shapenet_split 1  --one_3d_generator 0

如果想先调试模型，可以通过以下方式将GPU数量减少到1，批量大小减少到4：

--gpus=1 --batch=4

推理

对预训练模型进行推理以进行可视化

• 从此处下载预训练模型。
• 推理可以在具有16 GB内存的单个GPU上运行。

python train_3d.py --outdir=save_inference_results/shapenet_car  --gpus=1 --batch=4 --gamma=40 --data_camera_mode shapenet_car  --dmtet_scale 1.0  --use_shapenet_split 1  --one_3d_generator 1  --fp32 0 --inference_vis 1 --resume_pretrain 模型路径
python train_3d.py --outdir=save_inference_results/shapenet_chair  --gpus=1 --batch=4 --gamma=40 --data_camera_mode shapenet_chair  --dmtet_scale 0.8  --use_shapenet_split 1  --one_3d_generator 1  --fp32 0 --inference_vis 1 --resume_pretrain 模型路径
python train_3d.py --outdir=save_inference_results/shapenet_motorbike  --gpus=1 --batch=4 --gamma=40 --data_camera_mode shapenet_motorbike  --dmtet_scale 1.0  --use_shapenet_split 1  --one_3d_generator 1  --fp32 0 --inference_vis 1 --resume_pretrain 模型路径

• 要生成带纹理的网格，请在推理命令中添加一个选项：--inference_to_generate_textured_mesh 1

• 要生成具有潜在代码插值的结果，请在推理命令中添加一个选项：--inference_save_interpolation 1

评估指标

计算FID

• 要使用FID指标评估模型，请在推理命令中添加一个选项：--inference_compute_fid 1

计算LFD和CD的COV和MMD分数

• 首先生成用于评估的3D对象，在推理命令中添加一个选项：--inference_generate_geo 1
• 按照README计算指标。

许可证

版权所有 © 2022，NVIDIA Corporation及其附属公司。保留所有权利。

本作品根据Nvidia源代码许可证提供。

更广泛的信息

GET3D基于几项先前的工作：

• Learning Deformable Tetrahedral Meshes for 3D Reconstruction (NeurIPS 2020)
• Deep Marching Tetrahedra: a Hybrid Representation for High-Resolution 3D Shape Synthesis (NeurIPS 2021)
• Extracting Triangular 3D Models, Materials, and Lighting From Images (CVPR 2022)
• EG3D: Efficient Geometry-aware 3D Generative Adversarial Networks (CVPR 2022)
• DIB-R++: Learning to Predict Lighting and Material with a Hybrid Differentiable Renderer (NeurIPS 2021)
• Nvdiffrast – Modular Primitives for High-Performance Differentiable Rendering (SIGRAPH Asia 2020)

引用

@inproceedings{gao2022get3d,
title={GET3D: A Generative Model of High Quality 3D Textured Shapes Learned from Images},
author={Jun Gao and Tianchang Shen and Zian Wang and Wenzheng Chen and Kangxue Yin
and Daiqing Li and Or Litany and Zan Gojcic and Sanja Fidler},
booktitle={Advances In Neural Information Processing Systems},
year={2022}
}