【三维重建】【深度学习】windows10下instant-nsr-pl官方代码Pytorch实现

【三维重建】【深度学习】windows10下instant-nsr-pl官方代码Pytorch实现

提示:基于 Instant-NGP 和 Pytorch-Lightning 框架的神经表面重建

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前言

NeRF是由加利福尼亚大学伯克利分校的Mildenhall, Beni等人在《NeRF: Representing Scenes as Neural Radiance Fields for View Synthesis【ECCV 2020】》【论文地址】一文中提出了一种5D的神经辐射场来作为复杂场景的隐式表示，其输⼊稀疏的多⻆度带pose的图像训练得到⼀个神经辐射场模型。简单来说就是通过输入同一场景不同视角下的二维图片和相机位姿，对场景进行三维隐式建模，并通过体素渲染方程实现了合成任意新视角下的场景图片。

NeuS是由香港大学的Wang, P等人在《NeuS: Learning Neural Implicit Surfaces by Volume Rendering for Multi-view Reconstruction【NeurIPS 2021】》【论文地址】一文中提出了一种新的神经表面重建方法，用于从2D图像输入中高保真地重建对象和场景。简单来说，提出了一种新的一阶近似无偏差的公式，从而即使没有掩模监督，也能进行更精确的表面重建。

在详细解析instant-nsr-pl网络之前，首要任务是明白原始NeRF和NeuS的原理和代码解析，并完成模型训练和测试工作，展开后续工作才有意义。
【训练自己的数据集】

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instant-nsr-pl模型运行

下载源码并安装环境

在win10环境下装anaconda环境，方便搭建专用于instant-nsr-pl模型的虚拟环境。
【pytorch代码原始参考教程】
【pytorch代码推荐参考教程(Windows下)】

安装GPU版本的pytorch教程，pytorch-gpu版本需要根据个人计算机去安装相应版本。

# 创建虚拟环境
conda create -n instant-nsr-pl python=3.8
# 查看新环境是否安装成功
conda env list
# 激活环境
activate instant-nsr-pl
# windows一定要通过网站直接下载
# 下载githup源代码到合适文件夹,并cd到代码文件夹内(科学上网)
git clone https://github.com/bennyguo/instant-nsr-pl.git
# 具体看个人下载的位置xxxxx/instant-nsr-pl
cd instant-nsr-pl
# 安装pytorch包
pip3 install torch torchvision torchaudio --index-url https://download.pytorch.org/whl/cu118
# 通过清华源,安装其他包
pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple -r requirements.txt

安装tiny-cuda-nn比较特殊,需要安装vs2019或者vs2022，注意:需要管理员方式打开"x64 Native Tools Command Prompt for VS 2019"执行指令，不要搞混成x86的，会报奇怪的错误！

# 个人将tiny-cuda-nn下载在xxxxx/instant-nsr-pl的目录下
cd instant-nsr-pl
git clone --recursive https://github.com/nvlabs/tiny-cuda-nn
cd tiny-cuda-nn/bindings/torch
# 同样需要激活环境
activate instant-nsr-pl
# 安装
python setup.py install

git下载总失败的话，可以尝试【tiny-cuda-nn详细教程】方法，成功安装tiny-cuda-nn。

注意安装tiny-cuda-nn时候，对应的cuda是物理机器上实际安装的cuda版本(环境变量里配置的cuda)，不是虚拟环境中的cuda版本。因此假设物理和虚拟的俩个版本cuda不一致，即使tiny-cuda-nn安装成功，在后续执行训练指令时候也会报错。

# 查看所有安装的包
pip list
conda list

最终的安装的所有包。

检查torch版,已经安装torch-gpu版本。

# 查看pytorch版本
import torch
print(torch.__version__)
# 查看cuda版本
print(torch.version.cuda)
# 查看cuda是否可用
print(torch.cuda.is_available())
# 查看可用cuda数量
print(torch.cuda.device_count())

训练instant-nsr-pl

1.下载数据集：【谷歌云盘(下载地址)】根据配置文件中数据指定的存放路径，在instant-NeuS工程内创建load/文件夹，把下载的开源数据解压放到load/文件夹下。

2.训练NeRF：

# 训练bmvs_clock数据集
python launch.py --config configs/nerf-blender.yaml --gpu 0 --train dataset.scene=lego tag=lego

训练完成后的结果保存在exp目录中的对应数据文件夹下。

博主将视频转为了GIF方便展示：

用meshlab查看模型：

打开nerf-blender.yaml，将model下–>mlp_network_config–>otype的FullyFusedMLP改成VanillaMLP才会有ply模型，否则ply文件就是0bit的空文件。

3.训练NeuS：

# 带有mask
python launch.py --config configs/neus-blender.yaml --gpu 0 --train dataset.scene=lego tag=lego 
# 没有mask
python launch.py --config configs/neus-blender.yaml --gpu 0 --train dataset.scene=lego tag=lego system.loss.lambda_mask=0.0

带有mask
视角展示(GIF文件也很大，超过博客文件所规定的大小)：

用meshlab查看模型：

没有mask(感觉都差不多)
视角展示：

用meshlab查看模型：

可能出现的问题

• "ImportError: cannot import name ‘_compare_version’ from ‘torchmetrics.utilities.imports’ "，需要降级一下torchmetrics包：
  

  pip install -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple torchmetrics==0.11.1
  

• "The provided lr scheduler MultiStepLR doesn’t follow PyTorch’s LRScheduler API. You should override the LightningModule.lr_scheduler_step hook with your own logic if you are using a custom LR scheduler. " ，这是torch 2.0会出现的错误，修改(依赖包源码)instant-neus\Lib\site-packages\pytorch_lightning\utilities\types.py内容：
  

  LRSchedulerTypeTuple = (torch.optim.lr_scheduler._LRScheduler, torch.optim.lr_scheduler.ReduceLROnPlateau)
  修改为
  LRSchedulerTypeTuple = (torch.optim.lr_scheduler.LRScheduler, torch.optim.lr_scheduler.ReduceLROnPlateau)
  

• "subprocess.CalledProcessError: Command ‘[‘where’, ‘cl’]’ returned non-zero exit status 1. "，设置cl.exe环境变量：
  
  根据自己的安装路径配置环境：

  # 在环境变量中Path添加路径(博主的)：
  C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\VC\Tools\MSVC\14.29.30133\bin\Hostx64\x64;
  C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\Common7\IDE
  # 在环境变量中新建INCLUDE变量，再添加(英文分号隔开)：
  C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\Common7\IDE;
  C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Include\10.0.19041.0\ucrt;
  C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Include\10.0.19041.0\um;
  C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Include\10.0.19041.0\shared
  # 在环境变量中新建LIB变量，再添加(英文分号隔开)：
  C:\Windows Kits\10\Include\10.0.19041.0\shared
  C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Lib\10.0.19041.0\ucrt\x64;
  C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Lib\10.0.22000.0\um\x64
  

  
  在cmd上输入cl验证是否配置成功：
  

• 前面是提示："subprocess.CalledProcessError: Command ‘[‘ninja’, ‘-v’]’ returned non-zero exit status 1. “，后面出现"ninja: build stopped: subcommand failed.”，增大虚拟内存：
  
  在系统设置中修改虚拟内存的大小，然后重启主机激活：
  

• 前面是提示：“OSError: [WinError 1455] 页面文件太小，无法完成操作”，同样是增大虚拟内存，或者之前增加的虚拟内存不够：

• “include/tiny-cuda-nn/cutlass_matmul.h:332 status failed with error Error Internal”，将配置yaml文件中的FullyFusedMLP全部(或部分)替换为VanillaMLP即可，因为博主在不同的主机上情况不一样，很奇怪。

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总结

尽可能简单、详细的介绍instant-nsr-pl的安装流程以及解决了安装过程中可能存在的问题。后续会根据自己学到的知识结合个人理解讲解instant-nsr-pl的原理和代码。