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Monocular Real-time Hand Shape and Motion Capture using Multi-modal Data
一. 论文简介
从单张图像中恢复 2D keypoints + 3D keypoints + mesh，在数据量不充足的情况下进行弱监督。
主要做的贡献如下（可能之前有人已提出）：
- DetNet
- IKNet
- Dataset
二. 模块详解
2.1 DetNet
- 2D keypoints detect: 直接heatmap即可
- 3D keypoints detect: 这部分作者参考 Vnet 结构，具体如下图所示：图像位置由前面的2D检测器给出，由3张图表示camera space（root-relate）XYZ坐标。注意这里是经过归一化的，一般手势使用(ref=|point_{9}-point_{10}|)， (p_{i}=p_{i}/ref)。作者说直接平铺整个map，个人认为这样不好，使用kernel=9，inference时候取kernel=3然后平均，这样效果可能更好。实测直接2D效果更好，未在3D项目中使用！
- Delta回归：这部分是回归每个joint相对于root的方向。(dis=distance_{root-point})， (point_{xyz}^{A}=frac{point^{A}-root}{|dis|})，dis为当前的到root的距离。那么当我们知道A到root的距离，同时知道root的绝对距离，那么就知道A的实际位置：(Dis_{A}=Dis_{root}+Delta*Dis_{root-A})，论文中公式（5）也可以立马推导得到。
2.2 IKNet
- 这里使用的MANO模型，直接使用即可，比较简单（有深度的得看论文）。
- Shape Estimate: 主要说一下loss，(l_b(eta))表示b段骨架的长度，(l_{ref})表示归一化的长度（refer length），(l_b^{pred})表示3D keypoints的检测结果。最后一项正则化，不比多说，每个论文都要限定一下，一般的范围是[-1,1]或[-2,2]。
- 逆运动学模型（inverse Kinematics），公式（10）表示余弦差角，四元数实数部分的乘积（直接按照公式去做即可，为啥说是余弦差角？），公式（11）直接监督，公式（12）3D joints监督（mesh的verts直接投影到21或16关键点即可），公式（13）正则化惩罚项，和shape最后一项类似。
2.3 Dataset
- 论文中数据来自三个部分
- 直接使用2D数据训练2Dkeypoints
- 使用Mocap数据训练2D+3D+mesh，这部分和3D Hand Shape and Pose from Images in the Wild类似，使用mesh生成数据集。
- 使用3D数据训练2D+3D+mesh（最后一项是弱监督，只计算3D joint loss）
三. 缺点
- mesh仅作为弱监督，是否会增强3D数据拟合能力有待商榷。搭建一个直接预测root-relate模型，在RHD-Hand数据，比这篇论文效果好，30mm达到94.9%。
- 整体看起来不难理解，但模块太多，设计有点冗余。
- 作者说在某些简单手势出先较大误差，可能数据问题，也可能模型问题。目前作者正在研究第二个版本，期待！！！