Unsigned distance fields (UDFs) are widely used in 3D deep learning due to their ability to represent shapes with arbitrary topology. While prior work has largely focused on learning UDFs from point clouds or multi-view images, extracting meshes from UDFs remains challenging, as the learned fields rarely attain exact zero distances. A common workaround is to reconstruct signed distance fields (SDFs) locally from UDFs to enable surface extraction via Marching Cubes. However, this often introduces topological artifacts such as holes or spurious components. Moreover, local SDFs are inherently incapable of representing non-manifold geometry, leading to complete failure in such cases. To address this gap, we propose MIND (Material Interface from Non-manifold Distance fields), a novel algorithm for generating material interfaces directly from UDFs, enabling non-manifold mesh extraction from a global perspective. The core of our method lies in deriving a meaningful spatial partitioning from the UDF, where the target surface emerges as the interface between distinct regions. We begin by computing a two-signed local field to distinguish the two sides of manifold patches, and then extend this to a multi-labeled global field capable of separating all sides of a non-manifold structure. By combining this multi-labeled field with the input UDF, we construct material interfaces that support non-manifold mesh extraction via a multi-labeled Marching Cubes algorithm. Extensive experiments on UDFs generated from diverse data sources, including point cloud reconstruction, multi-view reconstruction, and medial axis transforms, demonstrate that our approach robustly handles complex non-manifold surfaces and significantly outperforms existing methods. The source code is available at https://github.com/jjjkkyz/MIND.


翻译:无符号距离场(UDFs)因其能够表示任意拓扑结构的三维形状,在三维深度学习中被广泛应用。尽管先前的研究主要集中在从点云或多视角图像中学习UDFs,但从UDFs中提取网格仍然具有挑战性,因为学习得到的场很少能达到精确的零距离。一种常见的解决方案是从UDFs局部重建有符号距离场(SDFs),以便通过行进立方体算法进行表面提取。然而,这通常会引入拓扑伪影,如孔洞或虚假组件。此外,局部SDFs本质上无法表示非流形几何结构,导致在此类情况下完全失效。为解决这一不足,我们提出了MIND(基于非流形距离场的材料界面生成算法),这是一种直接从UDFs生成材料界面的新算法,能够从全局视角实现非流形网格提取。我们方法的核心在于从UDF中推导出有意义的空间划分,其中目标表面作为不同区域之间的界面出现。我们首先计算一个双符号局部场以区分流形片的两侧,然后将其扩展为能够分离非流形结构所有侧面的多标签全局场。通过将此多标签场与输入的UDF相结合,我们构建了支持通过多标签行进立方体算法进行非流形网格提取的材料界面。在从点云重建、多视角重建和中轴变换等多种数据源生成的UDFs上进行的大量实验表明,我们的方法能够稳健地处理复杂的非流形表面,并显著优于现有方法。源代码可在 https://github.com/jjjkkyz/MIND 获取。

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