INST-Sculpt: Interactive Stroke-based Neural SDF Sculpting
作者: Fizza Rubab, Yiying Tong
分类: cs.GR, cs.CV
发布日期: 2025-02-05
💡 一句话要点
提出INST-Sculpt，实现基于笔画交互的神经SDF雕刻
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control) 支柱三：空间感知与语义 (Perception & Semantics)
关键词: 神经SDF 隐式表示 三维雕刻 交互式编辑 笔画建模
📋 核心要点
- 神经隐式表示编辑困难，模型权重与表面区域关系复杂，缺乏高效的雕刻工具。
- INST-Sculpt通过笔画交互直接编辑神经SDF，无需切换表示，实现直观的形状操控。
- 该方法利用管状邻域采样笔画和自定义笔刷，实现平滑变形，并保持隐式表示的平滑性。
📝 摘要（中文）
近年来，隐式神经表示在三维几何建模中备受欢迎，并在形状表示、重建和学习先验等任务中取得了显著成果。然而，由于模型权重与其影响的表面区域之间存在复杂关系，直接编辑这些表示仍然具有挑战性。在各种编辑工具中，雕刻允许用户交互式地雕刻或拉伸表面，是图形和建模领域中一种有价值的编辑操作。虽然像ZBrush这样的传统基于网格的工具可以实现快速直观的编辑，但目前缺乏用于雕刻神经SDF的可比工具包。我们介绍了一个框架，可以直接在神经隐式表示上实现交互式表面雕刻编辑。与之前仅限于局部编辑的工作不同，我们的方法允许用户即时执行基于笔画的修改，确保直观的形状操作，而无需切换表示。通过采用管状邻域来采样笔画和自定义笔刷轮廓，我们实现了沿用户定义曲线的平滑变形，从而可以精确控制雕刻过程。我们的方法证明，可以在保持隐式表示平滑性的同时进行复杂而通用的编辑。
🔬 方法详解
问题定义：现有神经隐式表示的编辑工具，特别是雕刻工具，缺乏像ZBrush等传统网格工具的交互性和直观性。以往方法通常局限于局部编辑，难以实现基于笔画的全局形变控制。因此，如何高效、直观地在神经SDF上进行雕刻操作是一个关键问题。
核心思路：INST-Sculpt的核心思路是利用用户绘制的笔画作为引导，通过在笔画周围构建管状邻域来采样点，并根据自定义的笔刷轮廓对这些点进行形变。这种方法允许用户通过简单的笔画交互，实现对神经SDF的全局控制和精细调整。
技术框架：INST-Sculpt框架主要包含以下几个阶段：1) 用户绘制笔画；2) 在笔画周围构建管状邻域，并采样点；3) 根据用户选择的笔刷轮廓，计算每个采样点的形变量；4) 利用计算出的形变量更新神经SDF的参数，从而实现表面的雕刻。
关键创新：INST-Sculpt的关键创新在于引入了基于笔画的交互方式，允许用户通过简单的笔画操作实现对神经SDF的全局形变控制。与以往的局部编辑方法相比，这种方法更加直观、高效，并且能够实现更加复杂的雕刻效果。此外，利用管状邻域采样和自定义笔刷轮廓，保证了形变的平滑性和可控性。
关键设计：管状邻域的半径、采样点的密度、笔刷轮廓的形状和大小等参数都会影响雕刻效果。损失函数的设计需要考虑保持表面的平滑性，避免出现锯齿或噪声。网络结构的选择需要保证能够高效地表示和更新SDF值。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
INST-Sculpt实现了基于笔画的交互式神经SDF雕刻，用户可以通过简单的笔画操作实现复杂的形状编辑。实验结果表明，该方法能够生成平滑、自然的雕刻效果，并且具有较高的交互效率。与现有的局部编辑方法相比，INST-Sculpt能够实现更加全局和精细的形变控制。
🎯 应用场景
INST-Sculpt可应用于三维建模、数字雕塑、游戏资产制作、虚拟现实等领域。它提供了一种直观、高效的神经SDF编辑方式，降低了三维内容创作的门槛，并为艺术家和设计师提供了更大的创作自由。未来，该技术有望应用于更广泛的领域，例如医学图像处理、工业设计等。
📄 摘要（原文）
Recent advances in implicit neural representations have made them a popular choice for modeling 3D geometry, achieving impressive results in tasks such as shape representation, reconstruction, and learning priors. However, directly editing these representations poses challenges due to the complex relationship between model weights and surface regions they influence. Among such editing tools, sculpting, which allows users to interactively carve or extrude the surface, is a valuable editing operation to the graphics and modeling community. While traditional mesh-based tools like ZBrush facilitate fast and intuitive edits, a comparable toolkit for sculpting neural SDFs is currently lacking. We introduce a framework that enables interactive surface sculpting edits directly on neural implicit representations. Unlike previous works limited to spot edits, our approach allows users to perform stroke-based modifications on the fly, ensuring intuitive shape manipulation without switching representations. By employing tubular neighborhoods to sample strokes and custom brush profiles, we achieve smooth deformations along user-defined curves, providing precise control over the sculpting process. Our method demonstrates that intricate and versatile edits can be made while preserving the smooth nature of implicit representations.