半透明蠕虫的三维形状重建

三维形状重建通常需在主体的多幅图像中识别物体特征或纹理。当主体呈半透明且不断进出焦平面时，该方法不可行。在此我们克服这些挑战，通过渲染具有自适应模糊与透明度的候选形状，与图像进行比较。我们以显微线虫秀丽隐杆线虫为案例，其在光学特性不断变化的复杂三维流体中自由探索。我们将细长的蠕虫建模为三维曲线，采用内在参数化，自然引入生物学约束与正则化。为解释光学变化，我们开发了一种新颖的可微渲染器，由二维投影构建图像，并与原始图像比较以生成逐像素误差，利用梯度下降联合更新曲线、相机与渲染器参数。该方法对流体中气泡与杂质等干扰具有鲁棒性，在复杂姿态序列中保持一致性，能从模糊图像恢复可靠估计，并较以往三维追踪秀丽隐杆线虫的尝试有显著改进。我们的结果展示了在无真值数据的复杂物理环境中直接形状估计方法的潜力。