ICLR'24 开源 | DiffTF：首个基于3D感知Transformer的3D物体生成最新SOTA!-技术圈

本次分享我们邀请到了南洋理工大学S-Lab在读博士曹子昂，为大家详细介绍他们的工作：

Large-Vocabulary 3D Diffusion Model with Transformer
项目主页：https://ziangcao0312.github.io/difftf_pages/
开源代码：https://github.com/ziangcao0312/DiffTF

直播信息

时间

2024年5月26日（周日）晚上20：00

主题

ICLR'24 | DiffTF：基于Transformer的SOTA大词汇3D物体生成框架

直播平台

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嘉宾介绍

曹子昂

南洋理工大学S-Lab在读博士。研究方向为3D物体生成。

直播大纲

3D物体生成现有方法简介
DiffTF论文详解
实验细节、代码、数据用法讲解

参与方式

DEMO

摘要

我们提出了一种基于扩散模型的大量类别 3D 物体生成框架(Large-Vocabulary 3D Diffusion Model with Transformer)，克服了三个主要挑战：

a)3D 生成需要高效且表达力强的 3D 表示，
b)3D 物体拥有丰富多样的几何及纹理信息，
c)真实 3D 物体拥有复杂的外观。

本文提出了一种新的基于改进的三平面（triplane）和 Transformer 的 3D 感知扩散模型，DiffTF。

提高了三平面表征的拟合速度和准确性；
3D 感知的TransFormer能够处理跨平面的交叉关系，聚合通用 3D 知识和专用 3D 特征；
设计了3D感知的编码器/解码器来增强编码的三平面中的通用3D知识，以处理具有复杂外观的类别。

本文在ShapeNet和OmniObject3D（超过200个多样化真实世界类别）上的实验证明了DiffTF能够实现具有高度多样性、丰富语义和高质量的大词汇量3D物体生成。

方法

在游戏、机器人和建筑设计等应用中，大量高质量的3D资产是极其匮乏的资源。最近通过Diffusion模型生成3D物体的研究已经取得了不错的进展，然而大多数工作仍然只能在某一个或少数类别上效果还不错，无法扩展到大量的类别上。这就引出了本文的研究重点：生成高质量大量类别的3D物体。

首先，本文认为大词汇量3D物体生成面临如下几个挑战：

a) 需要表达力强且高效的3D表示；
b) 大量类别的多样性；
c) 真实世界物体外观的复杂性。

对于3D表示，显式表示易于评估但计算量大，隐式表示易扩展但评估很耗时。因此作者在本文采用一种混合的3D表示，三平面特征(Triplane feature)。此外，在3D物体生成领域，扩散模型由于SOTA的效果受到了很大关注，因此本文尝试用单个扩散模型来做大词汇量3D物体生成。

为了回答前文所提出的问题并解决这些挑战，本文主要从3D表示和模型架构方面提出了一种解决方案。所提出的DiffTF的方法流程如下图所示。

DiffTF整体流程图：1）训练共享权重解码器并拟合三平面特征；2）使用经过训练的三平面优化3D感知Transformer扩散模型。

实验

本文实验主要在ShapeNet和OmniObject3D两个数据集上进行。其中ShapeNet的实验包括Chair, Airplane, Car三个类别，分别有6770，4045，3514个物体。OmniObject3D主要用于评估大词汇量3D物体生成，该数据集包含大词汇量的真实扫描3D物体，用216个具有挑战性的类别，3D物体质量高且几何形状复杂，例如玩具、水果、蔬菜和艺术雕塑等类别。

评估准则

2D评估准则:

Fr ́echet Inception Distance （FID-50k）
Kernel Inception Distance (KID-50k)

3D评估准则:

Coverage Score （COV）
基于Chamfer Distance (CD)的Minimum Matching Distance (MMD）

2D准则在128x128的分辨率下进行评估，3D评估随机采样1024个点进行评估。

与现有SOTA方法比较

DiffTF在ShapeNet上的单类别生成和在OmniObject3D上的大词汇量3D生成都超过了现有的SOTA方法，即NFD[1]，EG3D[2],GET3D[3]。

ShapeNet上无条件生成的定量比较如下表所示，DiffTF在单类别生成方面超过了现有的方法。

ShapeNet上的可视化结果对比如下图所示，DiffTF在生成细节上具有明显优势。

OmniObject3D数据集上条件生成的定量比较，如下表所示。可以看到DiffTF在2D和3D指标方面明显优于其他SOTA方法。

OmniObject3D上的可视化结果对比如下图所示，DiffTF可以生成具有丰富语义信息的3D物体，易于与真实世界3D物体进行对应。

总结

为了将之前的在单个类别上优化模型的工作扩展到大词汇量的3D物体生成，本文提出了一种新的基于三平面的3D感知扩散框架DiffTF。它由两个 3D 感知模块组成：

3D 感知编码器/解码器；
3D 感知Transformer。

基于提取的通用和特殊的 3D 先验知识，DiffTF 可以生成具有丰富语义的各种高质量 3D 物体。并且在ShapeNet和OmniObject3D上与SOTA 方法的对比验证了DiffTF的良好性能。作者希望本文可以为大词汇量 3D 生成提供一些有价值的见解。

[1] Shue J R, Chan E R, Po R, et al. 3d neural field generation using triplane diffusion[C]//Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2023: 20875-20886.
[2] Chan E R, Lin C Z, Chan M A, et al. Efficient geometry-aware 3D generative adversarial networks[C]//Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2022: 16123-16133.
[3] Gao J, Shen T, Wang Z, et al. Get3d: A generative model of high quality 3d textured shapes learned from images[J]. Advances In Neural Information Processing Systems, 2022, 35: 31841-31854.

注：本次分享我们邀请到了南洋理工大学S-Lab在读博士曹子昂，为大家详细介绍他们的工作：DiffTF。如果您有相关工作需要分享，欢迎联系：cv3d008