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文 | 学术头条

2022年，生成模型（Generative models）取得了巨大的进展。不仅可以从自然语言提示中生成逼真的 2D 图像，也在合成视频和 3D 形状生成方面有着不俗的表现。

虽然目前的生成模型可以生成静态的 3D 对象，但合成动态场景更加复杂。而且，由于目前缺少现成的 4D 模型集合（无论是有或没有文本注释），相比于 2D 图像和视频生成，由文本到 4D 的生成更加困难。

那么，如何基于简单的文本直接生成复杂的 3D 动态场景呢？

一种可能的方法是，从预先训练好的 2D 视频生成器开始，从生成的视频中提取 4D 重建。然而，从视频中重建可变形物体的形状是一项非常具有挑战性的工作。

近日，来自 Meta 的研究团队结合视频和 3D 生成模型的优点，提出了一个新的文本到 4D（3D+时间）生成系统——MAV3D（Make-A-Video3D）。

据介绍，该方法使用 4D 动态神经辐射场（NeRF），通过查询基于文本到视频（T2V）的扩散模型，对场景外观、密度和运动一致性进行了优化。

同时，由特定文本生成的动态视频可以从任何摄像机位置和角度观看，并且可以合成到任何 3D 环境中。

图｜由MAV3D生成的样本。行表示时间的变化，列表示视点的变化。最后一列显示其相邻列的深度图像。（来源：该论文）

研究团队表示，MAV3D 是第一个基于文本描述生成 3D 动态场景的方法，可以为视频游戏、视觉效果或 AR/VR 生成动画 3D 资产。相关研究论文以“Text-To-4D Dynamic Scene Generation”为题，已发表在预印本网站 arXiv 上。

据论文描述，MAV3D 的实现不需要任何 3D 或 4D 数据，而且 T2V 模型也只是在文本-图像对和未标记的视频数据上训练的。

以往研究证明，仅仅使用视频生成器优化动态 NeRF 不会产生令人满意的结果。为了实现由文本到 4D 的目标，必须克服以下 3 个挑战：

• 找到一个端到端、高效且可学习的动态 3D 场景的有效表示；
• 有一个监督来源，因为没有可供学习的大规模（文本，4D）数据集。
• 需要在空间和时间上缩放输出的分辨率，因为 4D 输出域是内存密集型的和计算密集型的。

那么，由简单的文本描述到复杂的 3D 动态场景生成，具体是如何实现的呢？

首先，研究团队仅充分利用了三个纯空间平面（绿色），渲染单个图像，并使用 T2I 模型计算 SDS 损失。

然后，他们添加了额外的三个平面（橙色，初始化为零以实现平滑过渡），渲染完整的视频，并使用 T2V 模型计算 SDS-T 损失。

最后，即超分辨率微调（SRFT）阶段，他们额外渲染了高分辨率视频，并将其作为输入传递给超分辨率组件。

图｜MAV3D 的实现路径（来源：该论文）

另外，MAV3D 也可以完成由图像到 4D 应用的转换。给定一个输入图像，通过提取它的 CLIP embedding，并以此来约束（condition）MAV3D。

图｜图像到4D应用。

然而，这一方法也存在一定的局限性。例如，在实时应用中，将动态 NeRF 转换为不相交网格序列的效率很低。研究团队认为，如果直接预测顶点的轨迹，或许可以改进。

此外，利用超分辨率信息已经提高了表示的质量，但对于更高细节的纹理还需要进一步改进。

最后，表示的质量取决于 T2V 模型从各种视图生成视频的能力。虽然使用依赖于视图的提示有助于缓解多面问题，但进一步控制视频生成器将是有帮助的。

参考链接：

• https://arxiv.org/abs/2301.11280
• https://make-a-video3d.github.io/