一键“搬空”你未来的新家,AI让买房装修变简单了?

大数据文摘

共 6213字,需浏览 13分钟

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2024-05-21 12:03

大数据文摘授权转载自夕小瑶科技说
作者:Richard


大家肯定都幻想过,要是能按自己的想法随心所欲布置新家该多好啊。租房或买房时看中一处房子,如果能在看房前先把家具"搬空",直接看到一个干净整洁的空房间,想象力就能自由驰骋了。

以前这只是一个不切实际的幻想,但现在人工智能已经可以将它变成现实!

这篇论文介绍了一种自动化"清空"室内全景图的创新技术。它利用了 Stable Diffusion 这个强大的图像生成模型,通过巧妙的训练方式,让算法学会识别图像中的家具,并用真实的墙面、地板等背景将其替换,去除阴影反光等干扰。同时为了保证"清空"后的图像清晰自然,他们还运用了超分辨率等后处理手段。整个"清空"过程只需几秒钟,就能得到一张逼真的无家具空房间图。这项技术不仅能给租售房市场带来革命性的变化,在虚拟装修、游戏场景生成等领域也大有可为。

人工智能正以惊人的速度发展,未来也许在我们看房前,VR眼镜就能给我们生成一个个性化布置的虚拟房间,让我们身临其境感受未来家的样子了!


论文标题:
An Empty Room is All We Want: Automatic Defurnishing of Indoor Panoramas
论文链接:

https://arxiv.org/pdf/2405.03682


从"装修恐惧症"到"裸房自由"


装修对许多人来说是一场"恐怖"的经历。户型与期望不符、预算超支、施工问题频发种种困扰,让装修成为一个痛苦的负担。这些问题的根源,在于信息的不对称和想象力的受限。业主难以全面了解房屋,也无法准确预见未来的家居布局。


但现在一项名为"自动清空室内全景图"的技术,正在为我们开启"裸房自由"的大门。这项技术利用AI自动去除室内全景图中的所有家具,还原出一个"清空"的房间。我们只需要参观"裸房"就能纵览全局,在脑海中自由演绎各种装修方案。色调如何搭配?开放式厨房是否合适?书房位置在哪最理想?这些疑问都能迎刃而解。

"裸房自由"意味着我们能跳脱固有格局的束缚,主动创造理想的家居空间。设计师也能在这块"画布"上尽情挥洒,设计出各类装修方案,业主能直观地比对选择。可以预见,基于"清空"技术的VR看房、虚拟装修等应用,将彻底革新装修体验。未来,人人都能化身设计师,随心组合搭配,让装修成为一次享受生活的创造性活动。


Stable Diffusion:AI装修师的法宝


要让AI装修师实现"裸房自由",首先需要一个强大的图像处理模型。本文选择了Stable Diffusion作为核心算法。那么,它是如何做到分分钟"搬空"一个房间的呢?


训练数据:AI装修师的"教科书"


Stable Diffusion的第一个秘诀在于大量高质量的训练数据。研究者为它准备了一个包含16万张室内全景图的数据集,这些图像涵盖了各种户型和装修风格,从简约小公寓到奢华大别墅,应有尽有。模型通过反复学习这些案例,掌握了识别各类家具、物品的能力,并了解它们在房间中的常见摆放规律。这些知识,成为了AI装修师的基本功。


数据增强:AI装修师的"实战演习"


但是,现实中的装修场景往往充满了各种干扰因素。比如拍摄角度的局限性,可能导致某些家具只露出一角;再比如镜子、玻璃等反光表面,可能扭曲物体的形状;更不用说那些难以察觉的阴影、光束。为了应对这些挑战,研究者在训练数据中刻意加入了这些"噪音"。通过数据增强技术,他们让AI装修师多方位、多场景地"演练",学会在复杂环境下依然准确无误地分辨出所有家具。增强后的数据集不仅有家具,还有阴影、反光等干扰因素,模拟了真实的拍摄场景。


图像预处理:AI装修师的"工作准备"


在正式"动工"之前,AI装修师还要对原始图像进行一番预处理。输入的高清全景图首先被裁剪为3:1的宽高比,去除了两极区域的畸变。接着,通过语义分割获得一张二值化的家具遮罩图,标记出所有需要"搬空"的区域。

为了让修复过程更顺畅,原图和遮罩还要经过一次"滚动",使得主要的工作区域始终位于图像中心。此外,为了确保"画笔"有足够的参考信息,图像外围还被镜像填充了一部分。可以留意到,示例中门廊和橱柜的边缘都重复出现,给Inpainting提供了宝贵的上下文线索。

最后,调整图像尺寸至512像素高,完成所有预处理步骤。这一系列的准备工作,让AI装修师在动手"施工"时更加得心应手。


Inpainting技术:AI装修师的"画笔"


当AI装修师认出了所有家具,下一步就是用"画笔"将它们一一去除,再用逼真的材质填充留白。这个"画笔",就是Inpainting(图像修复)技术。传统的Inpainting方法往往难以处理大面积、不规则的区域。但Stable Diffusion利用了一种名为"Fast Fourier Convolutions"的特殊卷积,使其即便面对大块"空白",也能从四面八方汲取足够的信息,生成细节丰富、接缝自然的填充效果。

不过,Inpainting的效果不仅取决于模型本身,也与输入的初始条件密切相关。如下图所示,研究者探索了不同的初始化策略对Inpainting质量的影响。最左边是原始图像,最右边是完全随机初始化的结果。可以看到,随机初始化虽然有利于多样性,但往往会带来较多的人工痕迹和不连续。


中间几列展示了一种折中的方案:用原始图像的潜在编码与随机噪声按不同比例混合,作为Inpainting的初始状态,噪声的比例从100%逐渐降低到90%。实验发现,3%的原始图像潜码+97%的随机噪声,能在保证空白区域光滑自然的同时,最大限度地抑制走廊等处的幻觉。这个"黄金比例",成为了后续实验的最佳参数。


LoRA微调:AI装修师的"专业培训"


尽管Stable Diffusion已经很强大,研究者们还是给它进行了专门的LoRA微调,让它更好地适应"清空"任务的特定要求。如下图所示,直接使用原始的Stable Diffusion权重进行家具移除,可能会在阴影、反光等复杂区域产生幻觉物体。即使通过膨胀输入遮罩来扩大修复范围,也难以彻底解决问题。


研究者在原模型的基础上,又喂给它大量包含阴影、反光、墙面、地板等元素的合成数据。AI装修师经过这一轮"专业培训"后,不仅能更精准地分割物体,还学会了应对不完美遮罩,无需额外膨胀就能一并去除家具的阴影、反光等痕迹,使整个房间看起来更加干净、自然。


无缝拼接:AI装修师的"收尾工作"


即便有了精准的Inpainting,也难免留下一些视觉"断层"。如下图所示,单纯将修复后图像替换回原图,在家具遮罩边缘会产生明显的拼接痕迹。这是因为原图中物体的阴影、反光,以及修复区域的白平衡差异,导致两部分难以无缝衔接。


为了让"裸房"看起来完美无瑕,研究者还开发了一套定制的无缝拼接方案。它巧妙地融合了原始图像和Inpainting结果,通过家具遮罩,选择性地从两张图像中取材,将二者在纹理、色调、光照等方面完美过渡,难辨真伪,同时最大限度地保留了原始高清细节。

总的来说,Stable Diffusion经过精心设计和LoRA微调,俨然成为了一位全能的AI装修师。从"教科书"般的训练数据,到"实战演习"式的数据增强;从"工作准备"中的预处理步骤,到灵活的"画笔"Inpainting技术;再到细致入微的"收尾工作"。每一个环节,都体现了研究者们的匠心和创意。正是这些创新,让Stable Diffusion能够出色地完成"自动清空"的任务,为我们带来前所未有的"裸房自由"体验!


智擒"装修小怪兽":AI装修师的考核成绩单


经过了前面的各种训练和实战演练,AI装修师的本领在一次次的历练中愈发精进。但理论再完美,也需要经受现实的检验。这一节,我们就来看看这位"装修达人"在实际工作中的表现如何,它的成果能否经得起推敲和比较。


清空"案发现场":真实场景大挑战


为了全面评估AI装修师的实力,研究者们特意从Habitat数据集中挑选了一些具有代表性的案例。这些凌乱的"案发现场",涵盖了室内布局的方方面面,包括沙发、餐桌、橱柜等大件家具,也不乏地毯、盆栽等易被忽略的小物件。想要一次性将它们全部"搬空",考验的不仅是识别物体的准确度,更是布局理解和细节把控的能力。

如下图所示,面对这些挑战,我们的AI装修师交出了一份漂亮的"考卷"。它不仅能够准确识别并去除各种家具物品,还能合理修复背后的地面、墙壁等背景,效果真实自然,几乎看不出任何修饰的痕迹。反观其他几位"选手",则或多或少存在一些问题:LaMa和LGPN-Net生成的效果过于模糊,有时还会残留家具的"阴影";原版的Stable Diffusion虽然细节更丰富,但也更容易产生幻觉,在墙角、桌腿等区域添加不存在的物体。


"家务达人"大比拼:横向评估显优势


光凭肉眼观察,也许还不足以完全说服大家。为了更客观、量化地比较不同方法的优劣,研究者们还设计了一套严谨的评估指标。他们从Habitat数据集中精心挑选了一批已经"清空"的房间,然后用3D渲染的方式在其中添加一些虚拟家具,并以此作为输入,用不同的方法进行"装修",看谁能更准确地还原出原本干净的房间。

下表汇总了各项指标的详细结果。从数值上看,本文的方法在各个维度都展现出了明显的优势。无论是绝对误差(PSNR)、结构相似性(SSIM),还是感知质量(LPIPS、JOD),本文提出的AI装修师都在"大比拼"中脱颖而出,以全面胜出的姿态领跑榜单。细心的读者可能会注意到,表中专门列出了"Ours-inpaint"(仅使用修复网络)和"Ours-full"(完整流程)两个版本的结果。对比可以发现,后处理环节为整体效果的提升立下了汗马功劳,进一步拉开了本文方法与其他方法的差距。


装修黑科技,尽在"一念之间"


随着AI装修师的不断进化,我们离"心有多大,家就有多大"的梦想正越来越近。在不久的将来,装修或许真的会变成一件轻松惬意的事情。我们只需带上VR眼镜,在虚拟空间中随意逛逛,挑选自己钟意的户型和装修风格,所有的细节都由AI装修师来完成,在瞬息之间就能实现千变万化的"装修",再现理想中的家装场景。

当虚拟与现实最终完美重合,当你摘下VR眼镜时,眼前就是你梦想中的新家。"所见即所得"的装修新时代,正在向我们招手。

当然,AI装修师现在还处在一个初级的发展阶段,距离实现以上的美好愿景仍有不少技术难关要攻克。但它的出现已经为装修行业点亮了一盏明灯,昭示着一个全新时代的来临。在这个时代,每个人都能轻而易举地实现"心有多大,家就有多大"的梦想。让我们拭目以待吧!


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