Variational Relational Point Completion Network for Robust 3D Classification

点云 计算机科学 稳健性(进化) 人工智能 概率逻辑 核(代数) 计算机视觉 路径(计算) 算法 模式识别(心理学) 数学 生物化学 基因 组合数学 化学 程序设计语言
作者
Liang Pan,Xinyi Chen,Zhongang Cai,Junzhe Zhang,Haiyu Zhao,Shuai Yi,Ziwei Liu
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:45 (9): 11340-11351 被引量:9
标识
DOI:10.1109/tpami.2023.3268305
摘要

Real-scanned point clouds are often incomplete due to viewpoint, occlusion, and noise, which hampers 3D geometric modeling and perception. Existing point cloud completion methods tend to generate global shape skeletons and hence lack fine local details. Furthermore, they mostly learn a deterministic partial-to-complete mapping, but overlook structural relations in man-made objects. To tackle these challenges, this paper proposes a variational framework, Variational Relational point Completion network (VRCNet) with two appealing properties: 1) Probabilistic Modeling. In particular, we propose a dual-path architecture to enable principled probabilistic modeling across partial and complete clouds. One path consumes complete point clouds for reconstruction by learning a point VAE. The other path generates complete shapes for partial point clouds, whose embedded distribution is guided by distribution obtained from the reconstruction path during training. 2) Relational Enhancement. Specifically, we carefully design point self-attention kernel and point selective kernel module to exploit relational point features, which refines local shape details conditioned on the coarse completion. In addition, we contribute multi-view partial point cloud datasets (MVP and MVP-40 dataset) containing over 200,000 high-quality scans, which render partial 3D shapes from 26 uniformly distributed camera poses for each 3D CAD model. Extensive experiments demonstrate that VRCNet outperforms state-of-the-art methods on all standard point cloud completion benchmarks. Notably, VRCNet shows great generalizability and robustness on real-world point cloud scans. Moreover, we can achieve robust 3D classification for partial point clouds with the help of VRCNet, which can highly increase classification accuracy.

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