We propose a novel variational approach for computing neural Signed Distance Fields (SDF) from unoriented point clouds. To this end, we replace the commonly used eikonal equation with the heat method, carrying over to the neural domain what has long been standard practice for computing distances on discrete surfaces. This yields two convex optimization problems for whose solution we employ neural networks: We first compute a neural approximation of the gradients of the unsigned distance field through a small time step of heat flow with weighted point cloud densities as initial data. Then we use it to compute a neural approximation of the SDF. We prove that the underlying variational problems are well-posed. Through numerical experiments, we demonstrate that our method provides state-of-the-art surface reconstruction and consistent SDF gradients. Furthermore, we show in a proof-of-concept that it is accurate enough for solving a PDE on the zero-level set.


翻译:我们提出了一种新颖的变分方法,用于从无定向点云中计算神经符号距离场(SDF)。为此,我们采用热方法替代常用的Eikonal方程,将离散曲面距离计算中的标准实践迁移至神经领域。这产生了两个凸优化问题,我们采用神经网络求解:首先,通过以加权点云密度为初始数据的短时热流步骤,计算无符号距离场梯度的神经近似;随后利用该结果计算SDF的神经近似。我们证明了基础变分问题的适定性。通过数值实验,我们验证了本方法在曲面重建和SDF梯度一致性方面达到业界领先水平。此外,概念验证表明该方法在零水平集上求解偏微分方程具有足够精度。

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