[ICCV-23] DeformToon3D: Deformable Neural Radiance Fields for 3D Toonification

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  • 将3D人脸风格化问题拆分为几何风格化与纹理风格化。
  • 提出StyleField,学习以风格/ID为控制信号的几何形变残差,实现几何风格化。通过对超分网络引入AdaIN,实现纹理风格化。
  • 由于没有修改3D GAN空间,因此可以便捷实现Editing和Animation。

目录

摘要

方法

[Geometry Toonification with StyleField](#Geometry Toonification with StyleField)

[Texture Transfer with Adaptive Style Mixing](#Texture Transfer with Adaptive Style Mixing)

Training

实验

实验设置

[Comparisons with Baselines](#Comparisons with Baselines)

Applications

[Inversion and Editing](#Inversion and Editing)

[Animatable Toonification](#Animatable Toonification)

[Toonification Style Control](#Toonification Style Control)


摘要

  • 3D人脸风格化;
  • 3D GAN直接在艺术域(artistic domain)上fine-tuning,效果不错。但存在两个问题:1)会破坏3D GAN原有的隐空间,影响后续的语义编辑;2) 每种新风格需要额外训练,限制了部署。
  • 为了解决上述两个问题,本文提出DeformToon3D。本文方法将3D卡通化(toonification)问题,分解为几何与纹理风格化。
  • 本文提出StyleField,预测条件控制的3D形变(conditional 3D deformation),实现几何风格化;通过3D GAN的decoder实现纹理风格化。

方法

  • DeformToon3D是一个堆叠模型 G = G1 o G0,其中G1是3D生成器,G2是2D超分解码器。G0输入instance code 和相机位姿,和体渲染输出为中间特征图。G1将超分得到高分辨率图片
  • 在考虑3D人脸卡通化时,现有方法将G视作一个整体进行fine-tune。DeformToon3D用StyleField作为几何风格化,fine-tune体渲染器实现纹理风格化。

Geometry Toonification with StyleField

直接用跨域数据fine-tune G0,计算开销大且会破坏GAN的隐空间。

假设风格化NeRF是,真实域NeRF是。本文冻结G0参数,并提出StyleField模块学习的映射关系。

具体来说,假设中的任意3维点,StyleField学习的映射关系:

其中,是StyleField,受style code 和instance code 控制,前者决定风格,后者决定3D face的ID。

由4层SIREN组成,支持多种风格变换。相较于直接fine-tune G0,优化参数量减少了50%,同时还保留了3D GAN原有隐空间。在10种风格情况下,相较每种风格fine-tune一个G0,节省了98.5%的存储空间。

Texture Transfer with Adaptive Style Mixing

G0和StyleField实现了风格的几何变换。在此基础上,本文在超分网络G1实现风格的纹理变换。

G1是2D style-based architecture。本文通过AdaIN来逐步调整图片风格。

受style mixing启发,通过混合G1网络参数和目标风格,实现纹理信息的注入。

本文同时添加了一个轻量级MLP ,输入为和w,调整风格强度。

Training

本文通过DualStyleGAN产生2D风格图像;

训练中,使用LPIPS loss作为重建损失;使用smoothness,确保是物理平滑的;同时,使用了GAN的对抗训练损失。

实验

实验设置

  • Datasets:测试了10种风格:Pixar, Comic, Slam Dunk, The Croods, Fiona (Shrek), Rapunzel (Disney Princess), Hiccup Horrendous Haddock III (How To Train Your Dragon), and three different carica-ture styles;在CelebA-HQ上测试;
  • Model:使用在FFHQ上预训练的StyleSDF作为3D GAN;
  • Training:在8张V100上训练了24小时,bs=16;
  • Baselines:和CIPS-3D、E3DGE、StyleGAN-NADA进行比较

Comparisons with Baselines

Applications

Inversion and Editing

使用E3DGE实现3D GAN inversion

Animatable Toonification

学习3DMM参数和3D GAN隐空间的双向映射关系。通过驱动视频拿到3DMM参数的变化,并映射回3D GAN中

Toonification Style Control

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