Visual Object Networks: Image Generation with Disentangled 3D Representation

Recent progress in deep generative models has led to tremendous breakthroughs in image generation. However, while existing models can synthesize photorealistic images, they lack an understanding of our underlying 3D world. We present a new generative model, Visual Object Networks (VON), synthesizing natural images of objects with a disentangled 3D representation. Inspired by classic graphics rendering pipelines, we unravel our image formation process into three conditionally independent factors---shape, viewpoint, and texture---and present an end-to-end adversarial learning framework that jointly models 3D shapes and 2D images. Our model first learns to synthesize 3D shapes that are indistinguishable from real shapes. It then renders the object's 2.5D sketches (i.e., silhouette and depth map) from its shape under a sampled viewpoint. Finally, it learns to add realistic texture to these 2.5D sketches to generate natural images. The VON not only generates images that are more realistic than state-of-the-art 2D image synthesis methods, but also enables many 3D operations such as changing the viewpoint of a generated image, editing of shape and texture, linear interpolation in texture and shape space, and transferring appearance across different objects and viewpoints.Comment: NeurIPS 2018. Code: https://github.com/junyanz/VON Website: http://von.csail.mit.edu

Towards deep unsupervised inverse graphics

Un objectif de longue date dans le domaine de la vision par ordinateur est de déduire le contenu 3D d’une scène à partir d’une seule photo, une tâche connue sous le nom d’inverse graphics. L’apprentissage automatique a, dans les dernières années, permis à de nombreuses approches de faire de grands progrès vers la résolution de ce problème. Cependant, la plupart de ces approches requièrent des données de supervision 3D qui sont coûteuses et parfois impossible à obtenir, ce qui limite les capacités d’apprentissage de telles œuvres. Dans ce travail, nous explorons l’architecture des méthodes d’inverse graphics non-supervisées et proposons deux méthodes basées sur des représentations 3D et algorithmes de rendus différentiables distincts: les surfels ainsi qu’une nouvelle représentation basée sur Voronoï. Dans la première méthode basée sur les surfels, nous montrons que, bien qu’efficace pour maintenir la cohérence visuelle, la production de surfels à l’aide d’une carte de profondeur apprise entraîne des ambiguïtés car la relation entre la carte de profondeur et le rendu n’est pas bijective. Dans notre deuxième méthode, nous introduisons une nouvelle représentation 3D basée sur les diagrammes de Voronoï qui modélise des objets/scènes à la fois explicitement et implicitement, combinant ainsi les avantages des deux approches. Nous montrons comment cette représentation peut être utilisée à la fois dans un contexte supervisé et non-supervisé et discutons de ses avantages par rapport aux représentations 3D traditionnellesA long standing goal of computer vision is to infer the underlying 3D content in a scene from a single photograph, a task known as inverse graphics. Machine learning has, in recent years, enabled many approaches to make great progress towards solving this problem. However, most approaches rely on 3D supervision data which is expensive and sometimes impossible to obtain and therefore limits the learning capabilities of such work. In this work, we explore the deep unsupervised inverse graphics training pipeline and propose two methods based on distinct 3D representations and associated differentiable rendering algorithms: namely surfels and a novel Voronoi-based representation. In the first method based on surfels, we show that, while effective at maintaining view-consistency, producing view-dependent surfels using a learned depth map results in ambiguities as the mapping between depth map and rendering is non-bijective. In our second method, we introduce a novel 3D representation based on Voronoi diagrams which models objects/scenes both explicitly and implicitly simultaneously, thereby combining the benefits of both. We show how this representation can be used in both a supervised and unsupervised context and discuss its advantages compared to traditional 3D representations