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论文自动驾驶Sim-to-Real视频扩散自动驾驶感知开源

NeuralSRender: G-Buffer Guided Video Diffusion for Sim-to-Real Rendering

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基于 Wan2.2-TI2V-5B 的 NeuralSRender 将 CARLA 渲染训练检测 AP50 从 35.1 提升到 40.6。

为弥补驾驶仿真视频真实感不足对感知模型真实场景泛化的制约,武汉大学团队提出 NeuralSRender:在预训练视频扩散模型上用轻量投影模块注入 G-buffer 的几何与材质先验,配合 LoRA 微调,仅引入 1.45% 参数开销。训练分两阶段:先在带精确 G-buffer 的合成视频上联合训练投影模块与 LoRA,再冻结二者、仅训新增 LoRA 在真实视频上适配外观,以避开逆渲染噪声,文本提示可控制天气与时段。配套 GenReal 数据集含 CitySample、CARLA 合成子集与 OpenDV 真实子集,真实 G-buffer 由 DiffusionRenderer 估计。对比 DiffusionRenderer、TC-Light 与 Cosmos,本方法 FVD 与 VLM 偏好评分最优、几何一致性相当,消融显示完整 G-buffer 条件与冻结式两阶段策略优于单信号、单阶段变体。作者报告:以翻译视频替代原始 CARLA 渲染训练感知模型,nuImages 检测 AP50 从 35.1 升至 40.6,Cityscapes 分割 mIoU 从 32.4 升至 40.8,代码、数据与权重已在 GitHub 开源。

  1. 1两阶段训练分离 G-buffer 条件学习与真实外观适应
  2. 2仅增加 1.45% 参数,4×RTX 4090 训练约五天
  3. 3检测 AP50 从 35.1 升至 40.6,分割 mIoU 升至 40.8

为什么重要 自动驾驶仿真数据可少费人工标注,直接改善感知模型真实场景泛化;方法可用消费级 GPU 训练,代码权重已开源。适合 自动驾驶数据闭环、仿真数据增强、视频生成与感知训练交叉的工程师与研究员。

来源
arxiv.org
发布
2026/10/22

中文(AI 翻译)

高质量标注视觉数据稀缺仍是自动驾驶感知的关键瓶颈。模拟器可大规模提供训练数据,但合成视频真实感有限,会损害真实世界应用中的感知性能。

为解决该限制,我们提出 NeuralSRender,一个 sim-to-real 视频翻译框架,在保持与源场景几何一致性的同时增强合成视频的照片真实感。它基于预训练 video diffusion transformer (DiT) 构建,使用轻量 projector 注入来自 G-buffers 的几何与材质先验,并通过 LoRA 实现参数高效适配。

模型分两阶段训练:首先从具有准确 G-buffers 的合成视频中学习 G-buffer 条件化,然后使用具有估计 G-buffers 的真实视频适配真实世界外观。在第二阶段中训练额外 LoRA 模块,同时保持 projector 和第一阶段 LoRA 冻结,以减少估计噪声带来的干扰。

NeuralSRender 仅引入 1.45% 参数开销,并可在配备 24 GB 显存的消费级 GPU 上训练。为支持训练与评估,我们引入 GenReal,一个包含合成与真实世界视频及对应 G-buffers 的大规模驾驶视频数据集。

实验显示照片真实感得到提升,并具备有竞争力的几何一致性。使用我们的翻译视频而非原始模拟器渲染训练感知模型,可将 nuImages 上的检测 AP50 从 35.1 提升至 40.6,并将 Cityscapes 上的分割 mIoU 从 32.4 提升至 40.8。我们的代码、数据和模型权重可在 https://github.com/WHU-USI3DV/NeuralSRender 获取。

原文

The scarcity of high-quality annotated visual data remains a critical bottleneck for autonomous-driving perception.

Simulators provide training data at scale, but the limited realism of synthetic videos compromises perception performance in real-world applications.

To address this limitation, we propose NeuralSRender, a sim-to-real video translation framework that enhances the photorealism of synthetic videos while maintaining geometric consistency with the source scenes.

Built on a pretrained video diffusion transformer (DiT), NeuralSRender uses a lightweight projector to inject geometric and material priors from G-buffers, and LoRA enables parameter-efficient adaptation.

The model is trained in two stages: it first learns G-buffer conditioning from synthetic videos with accurate G-buffers, then adapts to real-world appearance using real videos with estimated G-buffers.

During the second stage, an additional LoRA module is trained while the projector and first-stage LoRA remain frozen to reduce interference from estimation noise.

NeuralSRender introduces only 1.45% parameter overhead and can be trained on consumer-grade GPUs with 24 GB of memory.

To support training and evaluation, we introduce GenReal, a large-scale driving video dataset comprising synthetic and real-world videos with corresponding G-buffers.

Experiments demonstrate improved photorealism with competitive geometric consistency.

Training perception models on our translated videos instead of raw simulator renders improves detection AP50​ on nuImages from 35.1 to 40.6 and segmentation mIoU on Cityscapes from 32.4 to 40.8.

Our code, data, and model weights are available at: https://github.com/WHU-USI3DV/NeuralSRender.

  • Basecolor Only
    669.41
  • Depth Only
    812.12
  • Edge Only
    775.24
  • Single-Stage
    653.45
  • Two-Stage w/o Free
    730.49
  • Full Model
    599.71

注释 · FVD 越低代表生成分布越接近真实参考集。出自 表III

1795

City 训练

832×480 / 81帧

140

City 测试

1280×704 / 81帧

1143

CARLA 测试

1280×704 / 81帧

5819

DV 训练

832×480 / 81帧

7903

参考集

1280×720 / 81帧

注释 · 每个样本含 81 帧 RGB 与 5 种 术语解释记录几何与材质属性的图像序列,含 basecolor、depth、normal、metallic、roughness 五种。。出自 表I

展示 Stage I 合成数据训练 projector 与 LoRA,Stage II 冻结 projector 只训新 LoRA;看冻结标记与两个阶段。
对比 Depth/Edge/Basecolor 单一控制与 Two-Stage w/o Freeze/Single-Stage,完整模型保留几何、纹理、光影。
不同合成训练数据训练的感知模型在真实数据上的检测/分割结果,Ours 检测更多车辆、道路分割更连贯。
LoRA rank
32
Weight decay
1×10−4
Stage I
6 epochs
Stage II
2 epochs
Batch size
4

深度总结

1 / 6
35.1→40.6
下游感知收益对比· 表格

Ours 数据训练感知模型,AP50 35.1→40.6,mIoU 32.4→40.8。

方法APAP50mIoUmAcc
(a) Render16.735.132.442.3
(b) Basecolor Only18.838.137.645.6
(c) Depth Only14.730.937.447.3
(d) Edge Only17.137.435.245.9
(e) Ours19.440.640.850.2

注释 · 所有设置均无目标域微调,直接评估真实数据。出自 表IV