草图人像变3D模特：360° 无死角还原姿势 一张就行

一张随便勾画的 草图，居然也可以分分钟自动变成 逼真的3D模型？！360° 无死角不说，转换期间真的 不需要任何其它角度姿势的输入。这就是获得了 SIGGRAPH 2022荣誉奖的一个最新3D姿态估计模型：Sketch2Pose。

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除了草图，像这样的小猴子，四肢严重不按比例生长，Sketch2Pose也可以办到：

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‍这是如何做到的？

只要4步，草图人变3D人

将草图上的人物/形象变成3D模型，此前的研究中都还未专门涉及。

该任务 最大的挑战就是比例失真问题，因为画上的东西可能头大身子小、胳膊长腿短……

为此，Sketch2Pose通过 对三个关键元素进行预测来消除绘制姿势时的可能出现的“歧义”。

这三个元素分别是：

2D骨骼切线 （2D bone tangents）自接触区域 （self-contacts）骨骼缩短比例 （bone foreshortening）

其中，2D骨骼切线 （下图蓝色部分）是预测3D骨骼方向最有力的指标 （关节位置不行）。

自接触区域 （如下图绿色部分，手接触腰的位置）对于理解3D姿势至关重要，也是消除未知身体部位歧义的线索。

骨骼缩短转换系统则利用统计分析来纠正原图中的比例问题。

根据这三者预测，再使用最先进的优化框架 （optimization framework），并用专门设计的一种新的损失 （loss）来平衡姿势自然度，以及与输入草图的相似性，AI就能最终推断出符合画者意向的3D姿势。

具体步骤如下：

输入一张草图，首先预测出2D关节位置或骨架，用于3D人体模型的粗略对齐。

然后预测屏幕空间 （screen-space）接触区域，将其映射到粗略对齐的3D模型上，得到一组接触顶点 （红色部分）。

接着，利用缩短转换阶段描述的草图人物比例问题，进行修补。

最后，在优化框架中利用2D骨架的骨骼切线、粗略对齐的3D姿势以及比例修补，产生最终结果。

有遮挡缺失也OK

最终的Sketch2Pose可以 支持多种草图风格的转换，比如下图中的简笔画或者水墨画，像下下图最后一张那样简略的也可以。

同时， 对缺失、遮挡部位也能稳健处理。

比如上图第一行中的人手 （不过我们发现左边的似乎推测有错，手应该是放在两腿之间；右边的抱头基本没啥问题，但手掌应该向后弯曲） 。

再将Sketch2Pose和SOTA方法进行比较，结果还是令人非常满意的。

可以看到，Sketch2Pose （第三列）对姿势还原的更到位，缺失部分的预测也更符合人体构造。

而开头那只小猴子，Müller et al. 2021等方法的转换效果就是下面这样：

对于猴子“扭曲”的下肢部分，这些方法都出现了理解偏差——Sketch2Pose完胜。

作者介绍

Sketch2Pose一共有两位作者，都来自 加拿大蒙特利尔大学。

一作名叫Kirill Brodt (Кирилл Бродт) ，出生于1991年，本硕毕业于新西伯利亚州立大学 （数学学位），后在Yandex数据分析和计算机科学中心学院学习机器学习，现为蒙特利尔大学的一位博士生。

他的主要研究方向为跟草图有关的计算机视觉转换。

另一位作者名叫Mikhail Bessmeltsev，是一作的导师，蒙特利尔大学计算机科学与运筹学系的助理教授。

感兴趣的同学可以戳论文原文，或者去Huggingface上试试效果。

项目主页：

https://www-labs.iro.umontreal.ca/~bmpix/sketch2pose/

Huggingface demo：

https://huggingface.co/spaces/SIGGRAPH2022/sketch2pose

Github代码：

https://github.com/kbrodt/sketch2pose