AI-modeller och plattformar

Paint3D : LjuslÃķs Diffusionsmodell fÃķr Bildgenerering

mm
LÃĪgg till Unite.AI bland dina fÃķredragna kÃĪllor pÃĨ Google

Den snabba utvecklingen av AI-generativa modeller, sÃĪrskilt djupa generativa AI-modeller, har avsevÃĪrt fÃķrbÃĪttrat fÃķrmÃĨgor inom naturligt sprÃĨkgenerering, 3D-generering, bildgenerering och tal syntes. Dessa modeller har revolutionerat 3D-produktion inom olika branscher. Men mÃĨnga stÃĨr infÃķr en utmaning: deras komplexa kopplingar och genererade nÃĪt oftast ÃĪr inte kompatibla med traditionella renderingpipelines som Physically Based Rendering (PBR). Diffusionsbaserade modeller, sÃĪrskilt utan ljusbilder, visar imponerande mÃĨngfaldig 3D-tillgÃĨngsgenerering, fÃķrbÃĪttrar 3D-ramverk i filmproduktion, spel och AR/VR.

Den hÃĪr artikeln introducerar Paint3D, ett nytt ramverk fÃķr att producera mÃĨngfaldiga, hÃķgupplÃķsta 2K UV-texturkartor fÃķr otexurerade 3D-nÃĪt, villkorade pÃĨ visuella eller textuella indata. Paint3D:s huvudsakliga utmaning ÃĪr att generera hÃķgkvalitativa texturer utan inbÃĪddad belysning, som mÃķjliggÃķr anvÃĪndarredigering eller omlysning inom moderna grafikpipelines. Det anvÃĪnder ett fÃķrtrÃĪnat 2D-diffusionsmodell fÃķr multi-vytexturfusion, som genererar initiala grova texturkartor. Men dessa kartor visar ofta belysningsartefakter och ofullstÃĪndiga omrÃĨden pÃĨ grund av 2D-modellens begrÃĪnsningar i att inaktivera belysningseffekter och fullstÃĪndigt representera 3D-former. Vi kommer att dyka in i Paint3D:s funktioner, arkitektur och jÃĪmfÃķrelser med andra djupa generativa ramverk. LÃĨt oss bÃķrja.

Paint3D : En Introduktion

FÃķrmÃĨgorna hos djupa generativa AI-modeller i naturligt sprÃĨkgenerering, 3D-generering och bildsyntes ÃĪr vÃĪlkÃĪnda och implementerade i realtidstillÃĪmpningar, revolutionerande 3D-genereringsindustrin. Trots deras anmÃĪrkningsvÃĪrda fÃķrmÃĨgor genererar moderna djupa generativa AI-ramverk nÃĪt som karakteriseras av komplexa kopplingar och kaotiska belysnings-texturer som ofta ÃĪr inkompatibla med konventionella renderingpipelines, inklusive PBR eller Physically Based Rendering. Liksom djupa generativa AI-modeller har texturensyntes ocksÃĨ framskridit snabbt, sÃĪrskilt i anvÃĪndningen av 2D-diffusionsmodeller. Texturensyntesmodeller anvÃĪnder fÃķrtrÃĪnade djup-till-bild-diffusionsmodeller effektivt fÃķr att anvÃĪnda textvillkor fÃķr att generera hÃķgkvalitativa texturer. Men dessa tillvÃĪgagÃĨngssÃĪtt mÃķter svÃĨrigheter med fÃķrbelysade texturer som kan ha en betydande inverkan pÃĨ den slutliga 3D-miljÃķrenderingen och introducera belysningsfel nÃĪr ljusen ÃĪndras inom vanliga arbetsflÃķden, som visas i fÃķljande bild.

Som det kan observeras, fungerar texturkartan med fri belysning i samklang med traditionella renderingpipelines och levererar exakta resultat, medan texturkartan med fÃķrbelysning innehÃĨller olÃĪmpliga skuggor nÃĪr omlysning tillÃĪmpas. Å andra sidan erbjuder texturensyntesramverk som trÃĪnats pÃĨ 3D-data en alternativ tillvÃĪgagÃĨngssÃĪtt, dÃĪr ramverket genererar texturerna genom att fÃķrstÃĨ en specifik 3D-objekts helgeometri. Även om de kan leverera bÃĪttre resultat, saknar texturensyntesramverk som trÃĪnats pÃĨ 3D-data generaliseringsfÃķrmÃĨgor, vilket hindrar deras fÃķrmÃĨga att tillÃĪmpa modellen pÃĨ 3D-objekt utanfÃķr deras trÃĪningsdata.

Nuvarande texturensyntesmodeller mÃķter tvÃĨ kritiska utmaningar: att anvÃĪnda bildstyrning eller mÃĨngfaldiga prompter fÃķr att uppnÃĨ en bredare grad av generalisering Ãķver olika objekt, och den andra utmaningen ÃĪr att eliminera kopplad belysning pÃĨ resultaten frÃĨn fÃķrtrÃĪning. De fÃķrbelysade texturerna kan potentiellt stÃķra den slutliga utgÃĨngen av de texturerade objekten inom renderingmotorer, och eftersom de fÃķrtrÃĪnade 2D-diffusionsmodellerna endast tillhandahÃĨller 2D-resultat i vydomÃĪnen, saknar de en fullstÃĪndig fÃķrstÃĨelse av former, vilket gÃķr det svÃĨrt fÃķr dem att upprÃĪtthÃĨlla vykonsekvens fÃķr 3D-objekt.

PÃĨ grund av de ovan nÃĪmnda utmaningarna fÃķrsÃķker Paint3D-ramverket att utveckla ett tvÃĨstegs-texturdiffusionsmodell fÃķr 3D-objekt som generaliserar till olika fÃķrtrÃĪnade generativa modeller och bevarar vykonsekvens medan det lÃĪr sig belysningslÃķs texturgenerering.

Paint3D ÃĪr ett tvÃĨstegs grov till fin texturgenereringsmodell som syftar till att utnyttja den starka promptstyrningen och bildgenereringsfÃķrmÃĨgorna hos fÃķrtrÃĪnade generativa AI-modeller fÃķr att texturera 3D-objekt. I det fÃķrsta steget genererar Paint3D-ramverket fÃķrst multi-vybilder frÃĨn ett fÃķrtrÃĪnat djupmedvetet 2D-bild-diffusionsmodell progressivt fÃķr att mÃķjliggÃķra generalisering av hÃķgkvalitativa och rika texturresultat frÃĨn mÃĨngfaldiga prompter. Modellen genererar sedan en initial texturkarta genom att backprojicera dessa bilder pÃĨ 3D-nÃĪtets yta. I det andra steget fokuserar modellen pÃĨ att generera belysningslÃķsa texturer genom att implementera tillvÃĪgagÃĨngssÃĪtt som anvÃĪnds av diffusionsmodeller specialiserade pÃĨ att ta bort belysningseffekter och formmedveten fÃķrfining av ofullstÃĪndiga omrÃĨden. Under hela processen ÃĪr Paint3D-ramverket konsekvent i att generera hÃķgkvalitativa 2K-texturer semantiskt och eliminerar intrinsiska belysningseffekter.

FÃķr att sammanfatta ÃĪr Paint3D ett nytt grov till fin generativt AI-modell som syftar till att producera mÃĨngfaldiga, belysningslÃķsa och hÃķgupplÃķsta 2K UV-texturkartor fÃķr otexurerade 3D-nÃĪt fÃķr att uppnÃĨ topppresterande i texturering av 3D-objekt med olika villkorliga indata, inklusive text och bilder, och erbjuder en betydande fÃķrdel fÃķr syntes och grafikredigeringsuppgifter.

Metodik och Arkitektur

Paint3D-ramverket genererar och fÃķrfinar texturkartor progressivt fÃķr att generera mÃĨngfaldiga och hÃķgkvalitativa texturkartor fÃķr 3D-modeller med Ãķnskade villkorliga indata, inklusive bilder och prompter, som visas i fÃķljande bild.

I det grova steget anvÃĪnder Paint3D-modellen fÃķrtrÃĪnade 2D-bild-diffusionsmodeller fÃķr att sampla multi-vybilder och skapar sedan de initiala texturkartorna genom att backprojicera dessa bilder pÃĨ nÃĪtets yta. I det andra steget, dvs. fÃķrfiningssteget, anvÃĪnder Paint3D-modellen en diffusionsprocess i UV-rymden fÃķr att fÃķrbÃĪttra de grova texturkartorna, vilket uppnÃĨr hÃķgkvalitativa, inpainting och belysningslÃķsa funktioner som sÃĪkerstÃĪller den visuella attraktionen och fullstÃĪndigheten hos den slutliga texturen.

Steg 1: Progressiv Grov Texturgenerering

I den progressiva grova texturgenereringssteget genererar Paint3D-modellen en grov UV-texturkarta fÃķr 3D-nÃĪtet som anvÃĪnder ett fÃķrtrÃĪnat djupmedvetet 2D-diffusionsmodell. Mer specifikt anvÃĪnder modellen fÃķrst olika kameravyer fÃķr att rendera djupkartan, sedan anvÃĪnder den djupvillkor fÃķr att sampla bilder frÃĨn bild-diffusionsmodellen och backprojicerar sedan dessa bilder pÃĨ nÃĪtets yta. Ramverket utfÃķr rendering, sampel och backprojicering tillvÃĪgagÃĨngssÃĪtt alternativt fÃķr att fÃķrbÃĪttra texturkartans konsekvens, vilket slutligen hjÃĪlper till att progressivt generera texturkartan.

Modellen bÃķrjar generera texturen fÃķr det synliga omrÃĨdet med kameravyer som fokuserar pÃĨ 3D-nÃĪtet och renderar 3D-nÃĪtet till en djupkarta frÃĨn den fÃķrsta vyn. Modellen sampar sedan en texturbild fÃķr en utseendevillkor och en djupvillkor. Modellen backprojicerar sedan bilden pÃĨ 3D-nÃĪtet. FÃķr vyerna utfÃķr Paint3D-modellen en liknande tillvÃĪgagÃĨngssÃĪtt men med en liten fÃķrÃĪndring genom att utfÃķra textursampelprocessen med en bildmÃĨlningsteknik. Dessutom tar modellen de texturerade omrÃĨdena frÃĨn tidigare vyer i beaktande, vilket gÃķr att renderingprocessen inte bara producerar en djupbild, utan ocksÃĨ en partiellt fÃĪrgad RGB-bild med en ofÃĪrgad mask i den aktuella vyn.

Modellen anvÃĪnder sedan en djupmedveten bildinpainting-modell med en inpainting-encoder fÃķr att fylla den ofÃĪrgade omrÃĨdet inom RGB-bilden. Modellen genererar sedan texturkartan frÃĨn vyn genom att backprojicera den inpaintade bilden pÃĨ 3D-nÃĪtet under den aktuella vyn, vilket gÃķr att modellen kan generera texturkartan progressivt och nÃĨ den fullstÃĪndiga grova strukturkartan. Slutligen utÃķkar modellen textursampelprocessen till en scen eller objekt med flera vyer. Mer specifikt anvÃĪnder modellen ett par kameror fÃķr att fÃĨnga tvÃĨ djupkartor under den initiala textursampeln frÃĨn symmetriska vyer. Modellen kombinerar sedan de tvÃĨ djupkartorna och komponerar en djupgrid. Modellen ersÃĪtter den enskilda djupbilden med djupgriden fÃķr att utfÃķra multi-vy djupmedveten textursampel.

Steg 2: TexturfÃķrfining i UV-Rymden

Även om den grova texturkartans utseende ÃĪr logiskt, mÃķter den vissa utmaningar som texturhÃĨl orsakade under renderingprocessen av sjÃĪlvocclusion eller belysnings-skuggor pÃĨ grund av inblandningen av 2D-bild-diffusionsmodeller. Paint3D-modellen syftar till att utfÃķra en diffusionsprocess i UV-rymden baserat pÃĨ en grov texturkarta, fÃķr att mildra problemen och fÃķrbÃĪttra den visuella attraktionen hos texturkartan ÃĪnnu mer under texturfÃķrfining. Men att fÃķrfiningsmodellera den vanliga bild-diffusionsmodellen med texturkartor i UV-rymden introducerar texturdiskontinuitet, eftersom texturkartan genereras av UV-mappningen av texturen pÃĨ 3D-ytan som skÃĪr den kontinuerliga texturen i en serie enskilda fragment i UV-rymden. Som ett resultat av fragmenteringen har modellen svÃĨrt att lÃĪra sig 3D-adjacensrelationerna mellan fragmenten, vilket leder till texturdiskontinuitetsproblem.

Modellen fÃķrfinar texturkartan i UV-rymden genom att utfÃķra diffusionsprocessen under vÃĪgledning av texturfragmentens adjacensinformation. Det ÃĪr viktigt att notera att i UV-rymden ÃĪr det positionskartan som representerar 3D-adjacensinformationen fÃķr texturfragment, med modellen som behandlar varje icke-bakgrunds-element som en 3D-punktkoordinat. Under diffusionsprocessen fusionerar modellen 3D-adjacensinformationen genom att lÃĪgga till en individuell positions-encoder till det fÃķrtrÃĪnade bild-diffusionsmodellen. Den nya encodern liknar designen av ControlNet-ramverket och har samma arkitektur som encodern som implementeras i bild-diffusionsmodellen med zero-convolutionslagret som kopplar de tvÃĨ. Dessutom ÃĪr texturens diffusionsmodell trÃĪnad pÃĨ en dataset som bestÃĨr av textur- och positionskartor, och modellen lÃĪr sig att fÃķrutsÃĪga bruset som lÃĪggs till den bullriga latenten. Modellen optimerar sedan positions-encodern och fryser den trÃĪnade desinseraren fÃķr dess bild-diffusionsuppgift.

Modellen anvÃĪnder sedan positionen fÃķr villkors-encodern och andra encodare fÃķr att utfÃķra fÃķrfiningsuppgifter i UV-rymden. I detta avseende har modellen tvÃĨ fÃķrfiningsfÃķrmÃĨgor: UVHD eller UV High Definition och UV-inpainting. UVHD-metoden ÃĪr strukturerad fÃķr att fÃķrbÃĪttra den visuella attraktionen och estetiken hos texturkartan. FÃķr att uppnÃĨ UVHD anvÃĪnder modellen en bildfÃķrbÃĪttrings-encoder och en positions-encoder med diffusionsmodellen. Modellen anvÃĪnder UV-inpainting-metoden fÃķr att fylla texturhÃĨl inom UV-planet, som kan undvika sjÃĪlvocclusion-problem som genereras under rendering. I fÃķrfiningssteget utfÃķr Paint3D-modellen fÃķrst UV-inpainting och sedan UVHD fÃķr att generera den slutliga fÃķrfinade texturkartan. Genom att integrera de tvÃĨ fÃķrfiningsmetoderna kan Paint3D-ramverket producera fullstÃĪndiga, mÃĨngfaldiga, hÃķgupplÃķsta och belysningslÃķsa UV-texturkartor.

Paint3D : Experiment och Resultat

Paint3D-modellen anvÃĪnder Stable Diffusion-text2image-modellen fÃķr att assistera den med texturgenereringsuppgifter, medan den anvÃĪnder bild-encoder-komponenten fÃķr att hantera bildvillkor. FÃķr att ytterligare fÃķrbÃĪttra dess grepp om villkorliga kontroller som bildinpainting, djup och bildhÃķgupplÃķsning, anvÃĪnder Paint3D-ramverket ControlNet-domÃĪn-encodare. Modellen implementeras pÃĨ PyTorch-ramverket med rendering och texturprojektioner implementerade pÃĨ Kaolin.

Text till Texturer JÃĪmfÃķrelse

FÃķr att analysera dess prestanda bÃķrjar vi med att utvÃĪrdera Paint3D:s texturgenereringsverkan nÃĪr den ÃĪr villkorad med textprompter och jÃĪmfÃķr den med toppmoderna ramverk, inklusive Text2Tex, TEXTure och LatentPaint. Som det kan observeras i fÃķljande bild, Paint3D-ramverket excellerar inte bara i att generera hÃķgkvalitativa texturdetaljer, utan det syntheserar ocksÃĨ en belysningsfri texturkarta pÃĨ ett rimligt sÃĪtt.

I jÃĪmfÃķrelse ÃĪr Latent-Paint-ramverket benÃĪgen att generera suddiga texturer som resulterar i undermÃĨliga visuella effekter. Å andra sidan, ÃĪven om TEXTure-ramverket genererar tydliga texturer, saknar det smidighet och visar mÃĪrkbara splicing och sÃķmmar. Slutligen genererar Text2Tex-ramverket slÃĪta texturer pÃĨ ett anmÃĪrkningsvÃĪrt sÃĪtt, men det misslyckas med att replikera prestandan fÃķr att generera fina texturer med intrikata detaljer.

FÃķljande bild jÃĪmfÃķr Paint3D-ramverket med toppmoderna ramverk kvantitativt.

Som det kan observeras, ÃķvertrÃĪffar Paint3D-ramverket alla existerande modeller, och med en betydande marginal, med nÃĪstan 30% fÃķrbÃĪttring i FID-baslinjen och ungefÃĪr 40% fÃķrbÃĪttring i KID-baslinjen. FÃķrbÃĪttringen i FID- och KID-baslinjerna visar Paint3D:s fÃķrmÃĨga att generera hÃķgkvalitativa texturer Ãķver olika objekt och kategorier.

Bild till Textur JÃĪmfÃķrelse

FÃķr att generera Paint3D:s generativa fÃķrmÃĨgor med visuella prompter, anvÃĪnder vi TEXTure-modellen som baslinjen. Som nÃĪmnts tidigare, anvÃĪnder Paint3D-modellen en bild-encoder som hÃĪmtats frÃĨn text2image-modellen frÃĨn Stable Diffusion. Som det kan ses i fÃķljande bild, syntheserar Paint3D-ramverket exquisita texturer pÃĨ ett anmÃĪrkningsvÃĪrt sÃĪtt och kan fortfarande upprÃĪtthÃĨlla hÃķg trohet i fÃķrhÃĨllande till bildvillkoret.

Å andra sidan, ÃĪr TEXTure-ramverket i stÃĨnd att generera en textur som liknar Paint3D, men det misslyckas med att representera texturdetaljerna i bildvillkoret pÃĨ ett exakt sÃĪtt. Dessutom, som visas i fÃķljande bild, levererar Paint3D-ramverket bÃĪttre FID- och KID-baslinjer nÃĪr det jÃĪmfÃķrs med TEXTure-ramverket, med den fÃķrsta minskningen frÃĨn 40,83 till 26,86, medan den senare visar en minskning frÃĨn 9,76 till 4,94.

Slutliga Tankar

I den hÃĪr artikeln har vi talat om Paint3D, ett nytt ramverk som kan producera belysningslÃķsa, mÃĨngfaldiga och hÃķgupplÃķsta 2K UV-texturkartor fÃķr otexurerade 3D-nÃĪt, villkorade pÃĨ visuella eller textuella indata. Paint3D-ramverkets huvudsakliga utmÃĪrkelse ÃĪr att det kan generera belysningslÃķsa hÃķgupplÃķsta 2K UV-texturer som ÃĪr semantiskt konsekventa utan att vara villkorade pÃĨ bild- eller textinmatningar. PÃĨ grund av dess grov till fin-tillvÃĪgagÃĨngssÃĪtt, producerar Paint3D-ramverket belysningslÃķsa, mÃĨngfaldiga och hÃķgupplÃķsta texturkartor och levererar bÃĪttre prestanda ÃĪn nuvarande toppmoderna ramverk.

En ingenjÃķr till yrket, en fÃķrfattare av hjÃĪrtat. Kunal ÃĪr en teknisk skribent med ett djupt kÃĪrlek och fÃķrstÃĨelse fÃķr AI och ML, dedikerad till att fÃķrenkla komplexa begrepp inom dessa omrÃĨden genom sin engagerande och informativa dokumentation.