来看一场 AI 重建的 3D 全息世界杯比赛!

江淮机电网2018-06-29 07:35:47



世界杯来了!央视名嘴白岩松调侃?“俄罗斯世界杯,中国除了足球队没去,其他的都去了”,这届世界杯,中国球迷购买球票的数量在所有国家中排名第?9,可见球迷对世界杯的热情。那么,除了准备好小龙虾在电视机前观看世界杯比赛,你有没有想过让?C罗、梅西或者内马尔在你家桌子上踢一场比赛会是什么样子?


华盛顿大学、Facebook?和?Google?的研究人员开发了第一个端到端的深度学习系统,该系统可以将足球比赛的?YouTube?视频转换为运动的?3D?全息图。


用CNN重建一场足球比赛


“对一场足球比赛进行单目重建有很多挑战。我们必须估计相对于场地的摄像机姿态,检测并跟踪每个球员,重新构建他们的身体形状和姿势,并对联合重建进行渲染,”?研究人员在他们的研究论文中写道。?


图1:以足球比赛的?YouTube?视频为输入,系统输出比赛的动态?3D?重建,可以使用增强现实设备在桌面上以交互式的方式观看。


下面的视频演示了这个系统:




这种方法的关键是卷积神经网络(CNN)研究人员通过训练?CNN?来估计每个球员与拍摄比赛的摄像机之间的距离。该网络分析了从足球视频游戏《FIFA》中提取的12000?张?2D?球员图像,以及从游戏引擎提取的相应?3D?数据,以了解两者之间的相关性。


这样,网络就能从没见过的?2D?图像中预估球员的深度图(?depth maps)。当被展示没见过的视频时,系统能准确地预测每个球员的深度图,并将其与颜色素材结合,以3D?的方式重建每个球员。


图?2:重建方法的概览


以?YouTube?视频的帧作为输入,我们使用?field lines?来恢复摄像机参数。然后,提取边界框、姿势和轨迹(跨多个帧)来分割球员。通过在视频游戏数据上训练好的深度网络,我们在游戏环境中重建了每个球员的深度图,这样就可以在?3D?查看器或?AR?设备上呈现出来。


然后,球员们被放在一个虚拟的足球场上。其结果令人惊叹,并且可以通过?3D?查看器或?AR?设备从任何角度观看比赛。


图3:训练数据:从《FIFA》游戏中提取图像和对应的深度,这里展示了几个可视化为深度图和网格的例子。


该团队使用?NVIDIA GeForce GTX 1080 GPU?和?NVIDIA TITAN Xp GPU,以及cuDNN?加速的?PyTorch?深度学习框架,在从世界杯比赛视频中提取的数小时的?3D?球员数据上对卷积神经网络进行训练。


基于这些比赛视频数据,神经网络能够重构球场上的每个球员的深度图,这些图可以在3D?查看器或?AR?设备上呈现。



“事实证明,在玩?EA?的《FIFA》游戏并截取游戏引擎和?GPU?间的调用时,可以从视频游戏中提取深度图。具体来说,我们使用?RenderDoc?来截取游戏引擎和?GPU?之间的调用。”?研究团队表示:“FIFA?与大多数游戏类似,在游戏过程中使用延迟渲染。通过访问?GPU?调用,可以捕获每帧的深度和颜色缓冲区。一旦特定的帧被捕获了深度和颜色,就可以提取出球员。”


图4:合成数据集的结果以及与当前最优技术和?ground truth?的比较,可视化为depth maps?和?3D?网格。我们的方法更准确,实现了更好的网格重构。


为了验证这个系统,研究团队用?YouTube?上找到的?10?个高分辨率的职业足球比赛视频测试他们的方法。值得注意的是,该系统只在合成视频素材上进行训练。但是,在真实的场景中,系统也有非常好的结果。


来自?YouTube?视频的实际图像的结果


从?Youtube?框架开始(顶行),我们网络重建的深度图可以添加到虚拟?3D?球场环境中,这里显示为仅网格和纹理渲染(第?2-4?行)。


研究人员用微软的?HoloLens?AR?眼镜进行测试。HoloLens?可以将?3D?重建叠加到真实的桌面上。最终的产品虽然不完美,它无法重建球,不能实时地工作,并且只允许从视频录制的球场侧面观看。但是,这项技术可能比当前?3D?重建运动的最先进方法更具可扩展性,因为当前的方法需要在每一个角度布置相机。研究人员称,这种方法也适用于预定义的其他事件,例如音乐会或剧场。


桌面实际的场景


用HoloLens看到的场景


研究人员承认他们的系统并不完美。他们的下一个项目将专注于训练系统以更好地检测球,并开发可从任何角度观察的系统。


这项研究将于?6?月?18?日至?22?日在犹他州盐湖城举行的年度计算机视觉和模式识别(CVPR)会议上首次亮相。


论文地址:

http://grail.cs.washington.edu/projects/soccer/soccer_on_your_tabletop.pdf




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