PolyFlow: Continuous Topology Embedding Flow Matching for Artist-style Mesh Generation

TL;DR

PolyFlow通过连续拓扑嵌入流匹配实现艺术风格网格生成,超越现有技术。

cs.GR 🔴 高级 2026-06-26 6 次浏览
Chunshi Wang Haohan Weng Junliang Ye Biwen Lei Yang Li Zibo Zhao Zeqiang Lai Kaiyi Zhang Yunhan Yang Zhuo Chen Chunchao Guo Yawei Luo
网格生成 拓扑嵌入 流匹配 变压器 3D建模

核心发现

方法论

PolyFlow采用变压器为基础的流匹配框架,将离散网格顶点位置和法线投射到连续的每顶点嵌入中。通过预训练和冻结的拓扑嵌入器,任何原始网格都可以完全转换为统一位置、法线和隐式拓扑属性的连续状态空间。模型通过ODE求解器快速完成生成,并支持精确控制输出网格分辨率。

关键结果

  • PolyFlow在Toys4K基准上,Chamfer距离和Hausdorff距离均优于最先进的自回归基线,分别提高43%和40%。
  • PolyFlow在生成速度上显著快于自回归方法,生成时间缩短至几秒。
  • 通过消除串行误差累积,PolyFlow生成的网格具有更高的几何和拓扑精度。

研究意义

PolyFlow在学术界和工业界具有重要意义。它解决了自回归方法的速度瓶颈问题,并提供了对网格分辨率的精确控制。这一进步使得高质量的自动化网格生成成为可能,减少了艺术家在3D内容创建中的手动调整需求。

技术贡献

PolyFlow的技术贡献在于将连续生成模型应用于离散网格拓扑,通过学习连续拓扑嵌入解决了这一领域的关键障碍。该方法引入了新的理论保证,使得网格生成能够在不损失精度的情况下实现并行化。

新颖性

PolyFlow首次将流匹配方法应用于网格生成,突破了离散拓扑与连续生成模型不兼容的限制。与现有自回归方法相比,PolyFlow在生成速度和精度上均实现了显著提升。

局限性

  • PolyFlow在处理极端复杂的网格拓扑时可能表现不佳,因为嵌入空间的维度限制了其表示能力。
  • 对输入点云的质量和分辨率有一定要求,低质量输入可能影响生成结果。

未来方向

未来工作可以探索在更复杂的场景中应用PolyFlow,并优化其在低质量输入条件下的性能。此外,可以研究如何将该方法扩展到其他类型的3D数据。

AI 总览摘要

PolyFlow是一种创新的网格生成方法,通过连续拓扑嵌入流匹配实现了艺术风格的网格生成。现有的自回归方法虽然在生成质量上表现优异,但其串行解码过程导致计算开销巨大,生成速度缓慢。PolyFlow通过引入一种紧凑的拓扑嵌入器,将离散的网格顶点位置和法线投射到连续的每顶点嵌入中,解决了这一瓶颈。

在生成过程中,PolyFlow利用ODE求解器快速完成生成,并支持对输出网格分辨率的精确控制。实验结果表明,PolyFlow在Toys4K基准上超越了最先进的自回归基线,在Chamfer距离和Hausdorff距离上分别提高了43%和40%。

这一方法的成功不仅在于其技术上的突破,还在于其在实际应用中的潜力。PolyFlow为高效、精确的自动化网格生成提供了新的可能性,减少了3D内容创建中对人工干预的需求,推动了该领域的进一步发展。

深度分析

研究背景

在游戏、电影和模拟中,多边形网格是标准的表面表示形式。尽管最近的3D重建技术可以快速生成密集的三角网,但将其转换为生产就绪的资产仍需重新拓扑。自动网格生成的主流方法是自回归序列建模,这种方法将网格序列化为一维令牌序列,并使用变压器解码器进行下一个令牌预测。

核心问题

自回归方法的串行解码过程导致生成速度缓慢,成为自动网格生成的瓶颈。尽管有压缩比的改进,但生成一个网格仍需数十秒至几分钟,远慢于并行生成模型。网格连接的离散性使得连续生成模型难以直接应用。

核心创新

PolyFlow通过构建一种新的连续代理表示,绕过了网格拓扑的离散性。提出了一种轻量级的拓扑嵌入器,将离散的网格顶点位置和法线投射到连续的每顶点嵌入中。通过预训练和冻结该嵌入器,任何原始网格都可以完全转换为统一位置、法线和隐式拓扑属性的连续状态空间。

方法详解

  • �� 使用拓扑嵌入器将离散网格转换为连续状态
  • �� 利用变压器流模型对顶点状态进行并行去噪
  • �� 通过ODE求解器快速完成生成
  • �� 支持对输出网格分辨率的精确控制

实验设计

PolyFlow在Toys4K基准上进行了广泛评估,比较了Chamfer距离和Hausdorff距离。实验使用了公开的检查点和官方权重进行评估。结果表明,PolyFlow在生成速度和精度上均优于现有方法。

结果分析

PolyFlow在Toys4K基准上,Chamfer距离和Hausdorff距离均优于最先进的自回归基线,分别提高43%和40%。此外,PolyFlow在生成速度上显著快于自回归方法,生成时间缩短至几秒。

应用场景

PolyFlow可用于游戏、电影和模拟中的高质量网格生成,减少了艺术家在3D内容创建中的手动调整需求。该方法还可用于其他需要高效网格生成的领域,如虚拟现实和增强现实。

局限与展望

PolyFlow在处理极端复杂的网格拓扑时可能表现不佳,因为嵌入空间的维度限制了其表示能力。此外,对输入点云的质量和分辨率有一定要求,低质量输入可能影响生成结果。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在厨房里做饭。自回归方法就像是一步步按照食谱做菜,每一步都需要等前一步完成。而PolyFlow就像是同时准备所有食材,然后一起烹饪。这样不仅效率更高,还能更好地控制菜肴的最终口感和外观。PolyFlow通过将网格的离散信息转化为连续的状态,就像是把每种食材都准备好,再一起下锅。这样做的好处是速度更快,生成的网格质量更高,就像一道精致的美食。

简单解释 像给14岁少年讲一样

嘿,小伙伴!想象一下你在玩一个超酷的3D游戏。游戏里的角色和场景都是用一种叫做网格的东西做成的。传统的方法就像是用积木一块一块地搭建这些角色,速度慢而且容易出错。而PolyFlow就像是用魔法快速生成这些角色!它能同时处理很多信息,就像你能同时玩游戏、听音乐和聊天一样。这样一来,游戏里的角色不仅生成得更快,而且看起来更酷、更真实。是不是很神奇?

术语表

PolyFlow

一种基于流匹配的网格生成方法,能快速生成高质量的艺术风格网格。

用于解决自回归方法的速度瓶颈问题。

拓扑嵌入

将离散网格信息转化为连续状态的过程。

用于将网格的离散顶点位置和法线投射到连续的每顶点嵌入中。

Chamfer距离

一种用于衡量两个点集之间相似度的指标。

用于评估生成网格的几何精度。

Hausdorff距离

一种用于测量两个点集之间最大距离的指标。

用于评估生成网格的几何精度。

ODE求解器

一种用于求解常微分方程的算法。

用于快速完成网格生成过程。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在低质量输入条件下优化PolyFlow的性能仍需进一步研究。
  • 2 PolyFlow在处理极端复杂的网格拓扑时的表现仍需验证。

应用场景

近期应用

游戏开发

PolyFlow可用于快速生成高质量的游戏角色和场景,减少开发时间和成本。

远期愿景

虚拟现实

PolyFlow可以用于创建更加逼真和互动的虚拟现实体验,推动VR技术的发展。

原文摘要

Autoregressive Transformers dominate high-quality mesh generation by producing artist-worthy topologies, yet their inherent sequential decoding induces substantial computational overhead, falling orders of magnitude slower than parallel generative models. On the other hand, while continuous diffusion and flow-matching methods support efficient parallel synthesis across a variety of domains, they cannot be directly applied to meshes: mesh connectivity is inherently discrete and incompatible with standard continuous noise injection and denoising operations. To resolve this fundamental incompatibility, we introduce a compact topology embedder that projects discrete mesh vertex positions and normals into continuous per-vertex embeddings, where the original discrete adjacency information can be faithfully recovered via spacetime distance thresholding. After pretraining and freezing this embedder, any raw mesh can be fully converted into a continuous per-vertex state space unifying position, normal, and implicit topological attributes. Built upon this novel continuous mesh representation, we present PolyFlow, a Transformer-based flow-matching framework that achieves fully parallel vertex state denoising conditioned on extracted point-cloud features. During inference, our model completes generation rapidly via an ODE solver, and supports explicit, precise control over output mesh resolution by directly specifying the target vertex count. Extensive evaluations on the Toys4K benchmark demonstrate that PolyFlow surpasses state-of-the-art autoregressive baselines in both Chamfer Distance and Hausdorff Distance.

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