TC-Light 是由中科院自動(dòng)化所張兆翔教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的生成式渲染器，能夠?qū)呱碛?xùn)練任務(wù)中復(fù)雜和劇烈運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)視頻序列進(jìn)行逼真的光照與紋理重渲染，同時(shí)具備良好的時(shí)序一致性和低計(jì)算成本開(kāi)銷(xiāo)，使得它能夠幫助減少 Sim2Real Gap 以及實(shí)現(xiàn) Real2Real 的數(shù)據(jù)增強(qiáng)，幫助獲得具身智能訓(xùn)練所需的海量高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

它是如何實(shí)現(xiàn)的呢？本文將為你揭秘 TC-Light 背后的黑科技！本工作已中稿 NeurIPS2025，論文與代碼均已公開(kāi)，歡迎大家試用和體驗(yàn)，也歡迎大家到 Project Page 體驗(yàn) Video Demo。

• 論文題目：TC-Light: Temporally Coherent Generative Rendering for Realistic World Transfer
• 項(xiàng)目主頁(yè): https://dekuliutesla.github.io/tclight/
• 論文鏈接: https://arxiv.org/abs/2506.18904
• 代碼鏈接: https://github.com/Linketic/TC-Light

研究背景

光線(xiàn)及其與周?chē)h(huán)境的交互共同塑造了人類(lèi)以及具身智能體感知數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界的基本方式，在不同光照條件下對(duì)世界的觀測(cè)使得我們理解光線(xiàn)與物質(zhì)的交互關(guān)系，使得我們形成對(duì)周邊環(huán)境物質(zhì)和幾何屬性的基本判斷，并且也使得我們能夠在不同的光照條件下都能夠魯棒且正確地完成與世界的交互。

然而，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中采集不同光照與場(chǎng)景條件下的數(shù)據(jù)代價(jià)高昂，而仿真環(huán)境中盡管可以獲得近乎無(wú)限的數(shù)據(jù)，但受限于算力資源，通常需要對(duì)光線(xiàn)的多次折射衍射以及紋理精度進(jìn)行近似和簡(jiǎn)化，使得視覺(jué)真實(shí)性無(wú)可避免地受到損失，在視覺(jué)層面產(chǎn)生 Sim2Real Gap。而如果能夠借助生成式模型根據(jù)所需的光照條件對(duì)現(xiàn)實(shí)或仿真環(huán)境下采集到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行重渲染，不僅能夠幫助獲得增加已有真實(shí)數(shù)據(jù)的多樣性，并且能夠彌合計(jì)算誤差帶來(lái)的 CG 感，使得從仿真器中得到視覺(jué)上高度真實(shí)的傳感器數(shù)據(jù)，包括 RL-CycleGAN 在內(nèi)的許多工作已經(jīng)證實(shí)，這一策略能夠幫助減少將具身模型遷移到真實(shí)環(huán)境中所需微調(diào)的數(shù)據(jù)量和訓(xùn)練量。

盡管這一任務(wù)意義重大，但實(shí)際解決過(guò)程面臨許多挑戰(zhàn)。用于訓(xùn)練的視頻數(shù)據(jù)往往伴隨復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)以及前景物體的頻繁進(jìn)出，同時(shí)視頻序列有著較長(zhǎng)的長(zhǎng)度以及較高的分辨率。我們的定量和定性實(shí)驗(yàn)證據(jù)（參見(jiàn)論文實(shí)驗(yàn)部分及 Project Page）表明，在這些復(fù)雜且困難的輸入條件下，已有的算法要么受制于訓(xùn)練所用視頻數(shù)據(jù)的分布（如 COSMOS-Transfer1，Relighting4D），要么難以承受巨大的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)（如 Light-A-Video, RelightVid），要么難以保證良好的時(shí)序一致性（如 VidToMe, RAVE 等）。

圖 1 TC-Light 效果展示

為了推動(dòng)這一問(wèn)題的解決，我們提出了 TC-Light 算法，在提升視頻生成模型計(jì)算效率的同時(shí)，通過(guò)兩階段在線(xiàn)快速優(yōu)化提升輸出結(jié)果的一致性，如圖 1 和視頻Demo所示所示，本算法在保持重渲染真實(shí)性的同時(shí)，時(shí)序一致性和真實(shí)性相比于已有算法取得了顯著提高。下面對(duì)算法細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

二、TC-Light 算法介紹

零樣本時(shí)序模型擴(kuò)展

TC-Light 首先使用視頻擴(kuò)散模型根據(jù)文本指令對(duì)輸入視頻進(jìn)行初步的重渲染。這里我們基于預(yù)訓(xùn)練好的 SOTA 圖像模型 IC-Light 以及 VidToMe 架構(gòu)進(jìn)行拓展，同時(shí)引入我們所提出的 Decayed Multi-Axis Denoising 模塊增強(qiáng)時(shí)序一致性。具體而言，VidToMe 在模型的自注意力模塊前后分別對(duì)來(lái)自不同幀的相似 token 進(jìn)行聚合和拆分，從而增強(qiáng)時(shí)序一致性并減少計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)；如圖 2 中 (a) 所示，類(lèi)似 Slicedit，Decayed Multi-Axis Denoising 模塊將輸入視頻分別視作圖像 (x-y 平面) 的序列和時(shí)空切片（y-t 平面）的序列，分別用輸入的文本指令和空文本指令進(jìn)行去噪，并對(duì)兩組噪聲進(jìn)行整合，從而使用原視頻的運(yùn)動(dòng)信息指導(dǎo)去噪過(guò)程。不同于 Slicedit，我們?cè)?AIN 模塊對(duì)兩組噪聲的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行了對(duì)齊，同時(shí)時(shí)空切片部分的噪聲權(quán)重隨去噪步數(shù)指數(shù)下降，從而避免原視頻光照和紋理分布對(duì)重渲染結(jié)果的過(guò)度影響。

圖 2 TC-Light 管線(xiàn)示意圖

兩階段時(shí)序一致性?xún)?yōu)化策略

盡管通過(guò)引入前一小節(jié)的模型，視頻生成式重渲染結(jié)果的一致性得到了有效改善，但輸出結(jié)果仍然存在紋理和光照的跳變。因此我們進(jìn)一步引入兩階段的時(shí)序一致性?xún)?yōu)化策略，這同時(shí)也是 TC-Light 的核心模塊。在第一階段，如圖 2 中 (b) 所示，我們?yōu)槊恳粠?Appearance Embedding 以調(diào)整曝光度，并根據(jù) MemFlow 從輸入視頻估計(jì)的光流或仿真器給出的光流優(yōu)化幀間一致性，從而對(duì)齊全局光照。這一階段的優(yōu)化過(guò)程非?？焖?，A100 上 300 幀 960x540 分辨率只需要數(shù)十秒的時(shí)間即可完成。

三、實(shí)驗(yàn)與分析

表 1 與主流算法的定量性能比較，其中 VidToMe 和 Slicedit 的基模型都換成了 IC-Light 以進(jìn)行公平比較。Ours-light 指不用 Multi-Axis Denoising 模塊的結(jié)果，相當(dāng)于對(duì) VidToMe 直接應(yīng)用兩階段優(yōu)化算法。

為了驗(yàn)證算法在長(zhǎng)動(dòng)態(tài)序列的重渲染表現(xiàn)，我們從 CARLA、Waymo、AgiBot-DigitalWorld、DROID 等數(shù)據(jù)集收集了 58 個(gè)序列進(jìn)行綜合評(píng)測(cè)，結(jié)果如表 1 所示。可以看到我們的算法克服了已有算法在時(shí)序一致性和計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)等方面的問(wèn)題，取得了最佳的綜合性能表現(xiàn)。圖 3 的可視化對(duì)比也表明，我們的算法在保持內(nèi)容細(xì)節(jié)的同時(shí)得到了高質(zhì)量的重渲染性能表現(xiàn)。

圖 3 一致性與生成質(zhì)量可視化對(duì)比。TC-Light 避免了 (a) 中像 Slicedit 和 COSMOS-Transfer1 那樣不自然的重渲染結(jié)果和 (b) 中展現(xiàn)出的模糊失真，或 (c) 中像 IC-Light 和 VidToMe 那樣的時(shí)序不一致性。

此外，我們也在有 GT 數(shù)據(jù)的仿真數(shù)據(jù)集 Virtual KITTI 上進(jìn)行了比較，從而可以使用 SSIM 和 LPIPS 等指標(biāo)替換 CLIP-T 等代理指標(biāo)獲得更客觀的性能評(píng)估。表 2 的結(jié)果同樣表明，我們的算法很好地取得了計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)和性能之間的平衡，取得了最佳的重渲染效果。

表 2 Virtual KITTI 數(shù)據(jù)集上與主流算法的定量性能比較

四、總結(jié)

TC-Light 作為一種新的生成式渲染器，克服了具身環(huán)境下視覺(jué)傳感器數(shù)據(jù)重渲染面對(duì)的時(shí)序一致性和長(zhǎng)序列計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)兩大挑戰(zhàn)，在性能表現(xiàn)上優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，不僅為 Sim2Real 和 Real2Real 數(shù)據(jù)擴(kuò)展帶來(lái)了新的思路，也為視頻編輯領(lǐng)域帶來(lái)了新的模型范式。TC-Light 的論文和代碼均已開(kāi)源，希望能夠相關(guān)領(lǐng)域帶來(lái)不同的思考和啟發(fā)。