PartHOI: Part-based Hand-Object Interaction Transfer via Generalized Cylinders
作者: Qiaochu Wang, Chufeng Xiao, Manfred Lau, Hongbo Fu
分类: cs.CV
发布日期: 2025-04-29 (更新: 2026-01-06)
备注: 14 pages, 12 figures, this paper has been accepted by Computational Visual Media Journal (CVMJ) but has not been published yet
💡 一句话要点
PartHOI：利用广义柱体实现基于部件的手-物交互迁移
🎯 匹配领域: 支柱五：交互与反应 (Interaction & Reaction)
关键词: 手-物交互 HOI迁移 广义柱体 部件匹配 跨类别迁移
📋 核心要点
- 现有手-物交互迁移方法依赖形状匹配，难以处理形状差异大的跨类别物体。
- PartHOI利用广义柱体参数化物体部件几何，建立部件间的鲁棒对应关系，实现接触点迁移。
- 实验表明PartHOI能有效进行跨类别HOI迁移，生成高质量结果，优于现有方法。
📝 摘要（中文）
基于学习的手-物交互（HOI）理解和建模方法需要大量高质量的HOI数据。一种创建HOI数据的方法是基于物体的几何形状将手部姿势从源物体迁移到目标物体。然而，目前物体间手部姿势迁移的方法依赖于形状匹配，这限制了跨类别迁移的能力，因为不同类别的物体在形状和大小上存在差异。我们观察到HOI通常涉及物体的特定语义部件，这些部件在不同类别中通常具有更一致的形状。此外，在这些部件之间构建尺寸不变的对应关系对于跨类别迁移至关重要。基于这些见解，我们提出了一种新的基于部件的HOI迁移方法PartHOI。PartHOI使用广义柱体表示来参数化物体部件的几何形状，从而在物体部件之间建立鲁棒的几何对应关系，并实现接触点的迁移。给定迁移后的点，我们优化手部姿势以更好地适应目标物体。定性和定量结果表明，我们的方法可以很好地推广HOI迁移，即使对于跨类别物体也是如此，并产生优于现有方法的高保真结果。
🔬 方法详解
问题定义：现有手-物交互迁移方法主要依赖于物体整体形状的匹配，这在处理形状和大小差异较大的跨类别物体时表现不佳。由于不同类别的物体在整体形状上可能差异很大，直接进行形状匹配难以建立可靠的对应关系，从而导致迁移效果不理想。因此，如何实现跨类别物体的有效手-物交互迁移是一个关键问题。
核心思路：PartHOI的核心思路是观察到手-物交互通常发生在物体的特定语义部件上，这些部件在不同类别中往往具有更一致的形状。因此，通过在这些部件之间建立对应关系，可以实现更鲁棒的跨类别迁移。此外，论文还强调了构建尺寸不变的对应关系的重要性，以适应不同大小的物体。
技术框架：PartHOI的整体框架包括以下几个主要步骤：1) 使用广义柱体表示来参数化物体部件的几何形状。2) 在物体部件之间建立鲁棒的几何对应关系。3) 将接触点从源物体迁移到目标物体。4) 优化手部姿势以更好地适应目标物体。该框架的核心在于利用广义柱体表示来提取物体部件的几何特征，并在此基础上建立对应关系。
关键创新：PartHOI的关键创新在于提出了一种基于部件的手-物交互迁移方法，该方法利用广义柱体表示来参数化物体部件的几何形状，从而在物体部件之间建立鲁棒的几何对应关系。与现有方法相比，PartHOI不再依赖于物体整体形状的匹配，而是关注物体部件的局部几何特征，这使得它能够更好地处理跨类别物体的迁移问题。
关键设计：论文使用广义柱体来表示物体部件的几何形状，这是一种参数化的表示方法，可以有效地捕捉物体部件的形状特征。在建立部件之间的对应关系时，论文可能使用了某种相似性度量或优化算法，以找到最佳的对应关系。在优化手部姿势以适应目标物体时，论文可能使用了某种能量函数或损失函数，以确保手部姿势与目标物体的几何形状相匹配。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
论文通过定性和定量实验验证了PartHOI的有效性。实验结果表明，PartHOI能够很好地推广HOI迁移，即使对于跨类别物体也是如此，并且能够生成优于现有方法的高保真结果。具体的性能数据和对比基线在论文中给出，证明了PartHOI在跨类别HOI迁移方面的优势。
🎯 应用场景
PartHOI可应用于机器人操作、虚拟现实和增强现实等领域。例如，机器人可以利用该技术学习如何在不同形状和大小的物体上执行操作任务。在虚拟现实和增强现实中，该技术可以用于创建更逼真的手-物交互体验，例如用户可以自然地与虚拟物体进行交互，而无需进行复杂的编程或手动调整。
📄 摘要（原文）
Learning-based methods to understand and model hand-object interactions (HOI) require a large amount of high-quality HOI data. One way to create HOI data is to transfer hand poses from a source object to another based on the objects' geometry. However, current methods for transferring hand poses between objects rely on shape matching, limiting the ability to transfer poses across different categories due to differences in their shapes and sizes. We observe that HOI often involves specific semantic parts of objects, which often have more consistent shapes across categories. In addition, constructing size-invariant correspondences between these parts is important for cross-category transfer. Based on these insights, we introduce a novel method PartHOI for part-based HOI transfer. Using a generalized cylinder representation to parameterize an object parts' geometry, PartHOI establishes a robust geometric correspondence between object parts, and enables the transfer of contact points. Given the transferred points, we optimize a hand pose to fit the target object well. Qualitative and quantitative results demonstrate that our method can generalize HOI transfers well even for cross-category objects, and produce high-fidelity results that are superior to the existing methods.