Visual understanding of geometric structures with complex spatial relationships is a fundamental component of human intelligence. As children, we learn how to reason about structure not only from observation, but also by interacting with the world around us -- by taking things apart and putting them back together again. The ability to reason about structure and compositionality allows us to not only build things, but also understand and reverse-engineer complex systems. In order to advance research in interactive reasoning for part-based geometric understanding, we propose a challenging new assembly problem using LEGO bricks that we call Break and Make. In this problem an agent is given a LEGO model and attempts to understand its structure by interactively inspecting and disassembling it. After this inspection period, the agent must then prove its understanding by rebuilding the model from scratch using low-level action primitives. In order to facilitate research on this problem we have built LTRON, a fully interactive 3D simulator that allows learning agents to assemble, disassemble and manipulate LEGO models. We pair this simulator with a new dataset of fan-made LEGO creations that have been uploaded to the internet in order to provide complex scenes containing over a thousand unique brick shapes. We take a first step towards solving this problem using sequence-to-sequence models that provide guidance for how to make progress on this challenging problem. Our simulator and data are available at github.com/aaronwalsman/ltron. Additional training code and PyTorch examples are available at github.com/aaronwalsman/ltron-torch-eccv22.


翻译:对具有复杂空间关系的几何结构的视觉理解是人类智能的一个基本组成部分。作为儿童,我们学会了如何不仅通过观察,而且通过与我们周围的世界进行互动来理解结构。我们学习了如何通过将事情分解并把它们重新组合起来来理解结构,从而理解结构与构成性的能力使我们不仅能够构建事物,而且能够理解和反向工程复杂的系统。为了推进对基于部分的几何理解的互动推理研究,我们建议使用我们称之为断断断和制的LEGO砖块来推进一个具有挑战性的新组装问题。在这个问题上,我们给代理人一个LEGO模型,并试图通过交互检查和拆解它来理解其结构。在这段检查期之后,代理人必须证明自己对结构的理解,通过从使用低层次的动作原始的擦破来重建模型。为了便利对这一问题的研究,我们已经建立了一个完全互动的3D模拟器,使学习者能够集成、解析和操纵LEGO模型。我们把这个模拟器的新数据集配对一个新的数据集,通过互动的LEGO创建和拆解解它。在这步器中,我们开始将一个在建砖式的路径上,提供了一个复杂的图像,提供了一个独特的图像, 提供了一个特殊的序列,提供了一个超超超的路径, 提供了一个可提供。

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