纯变压器模型在自然语言处理和计算机视觉方面取得了令人印象深刻的成功。但是，变压器的一个限制是它们需要大型培训数据。在3D点云的领域中，大数据集的可用性是一个挑战，它加剧了3D任务的训练变压器问题。在这项工作中，我们凭经验研究和研究利用大量图像的知识以了解点云的理解的效果。我们制定了一条称为\ textIt {pix4point}的管道，该管道允许在图像域中利用预验证的变压器来改善下游点云任务。这是通过用于3D域专门的令牌和解码器层的帮助，通过模态无形的纯变压器主链实现。使用图像预言的变压器，我们分别在Scanobjectnn，ShapenetPart和S3DIS基准上观察到3D点云分类，部分分割和语义分割的任务的Pix4Point的显着性能提高。我们的代码和模型可在：\ url {https://github.com/guochengqian/pix4point}中获得。

The success of deep learning heavily relies on large-scale data with comprehensive labels, which is more expensive and time-consuming to fetch in 3D compared to 2D images or natural languages. This promotes the potential of utilizing models pretrained with data more than 3D as teachers for cross-modal knowledge transferring. In this paper, we revisit masked modeling in a unified fashion of knowledge distillation, and we show that foundational Transformers pretrained with 2D images or natural languages can help self-supervised 3D representation learning through training Autoencoders as Cross-Modal Teachers (ACT). The pretrained Transformers are transferred as cross-modal 3D teachers using discrete variational autoencoding self-supervision, during which the Transformers are frozen with prompt tuning for better knowledge inheritance. The latent features encoded by the 3D teachers are used as the target of masked point modeling, wherein the dark knowledge is distilled to the 3D Transformer students as foundational geometry understanding. Our ACT pretrained 3D learner achieves state-of-the-art generalization capacity across various downstream benchmarks, e.g., 88.21% overall accuracy on ScanObjectNN. Codes will be released at https://github.com/RunpeiDong/ACT.

The pretraining-finetuning paradigm has demonstrated great success in NLP and 2D image fields because of the high-quality representation ability and transferability of their pretrained models. However, pretraining such a strong model is difficult in the 3D point cloud field since the training data is limited and point cloud collection is expensive. This paper introduces \textbf{E}fficient \textbf{P}oint \textbf{C}loud \textbf{L}earning (EPCL), an effective and efficient point cloud learner for directly training high-quality point cloud models with a frozen CLIP model. Our EPCL connects the 2D and 3D modalities by semantically aligning the 2D features and point cloud features without paired 2D-3D data. Specifically, the input point cloud is divided into a sequence of tokens and directly fed into the frozen CLIP model to learn point cloud representation. Furthermore, we design a task token to narrow the gap between 2D images and 3D point clouds. Comprehensive experiments on 3D detection, semantic segmentation, classification and few-shot learning demonstrate that the 2D CLIP model can be an efficient point cloud backbone and our method achieves state-of-the-art accuracy on both real-world and synthetic downstream tasks. Code will be available.

蒙面自动编码在图像和语言领域的自我监督学习方面取得了巨大的成功。但是，基于面具的预处理尚未显示出对点云理解的好处，这可能是由于PointNet（PointNet）无法正确处理训练的标准骨架，而不是通过训练期间掩盖引入的测试分配不匹配。在本文中，我们通过提出一个判别性掩码式变压器框架，maskPoint}来弥合这一差距。我们的关键想法是将点云表示为离散的占用值（1如果点云的一部分；如果不是的，则为0），并在蒙版对象点和采样噪声点之间执行简单的二进制分类作为代理任务。这样，我们的方法是对点云中的点采样差异的强大，并促进了学习丰富的表示。我们在几个下游任务中评估了验证的模型，包括3D形状分类，分割和现实词对象检测，并展示了最新的结果，同时获得了明显的预读速度（例如，扫描仪上的4.1倍）先前的最新变压器基线。代码可在https://github.com/haotian-liu/maskpoint上找到。

事实证明，视觉变压器（VIT）是有效的，可以通过大规模图像数据集训练2D图像理解任务；同时，作为一条单独的曲目，在对3D视觉世界进行建模时，例如体素或点云。但是，随着希望变压器能够成为异质数据的“通用”建模工具的越来越希望，到目前为止，用于2D和3D任务的VIT已经采用了截然不同的架构设计，这些设计几乎是不可传输的。这引起了一个雄心勃勃的问题：我们可以缩小2D和3D VIT体系结构之间的差距吗？作为一项试点研究，本文证明了使用标准的2D VIT体系结构了解3D视觉世界的有吸引力的承诺，仅在输入和输出水平上只有最小的定制而不会重新设计管道。为了从其2D兄弟姐妹构建3D VIT，我们将贴片嵌入和令牌序列“充气”，并配有旨在匹配3D数据几何形状的新位置编码机制。与高度自定义的3D特定设计相比，所得的“极简主义” 3D VIT（名为Simple3D Former）在流行的3D任务（例如对象分类，点云分割和室内场景检测）上表现出色。因此，它可以作为新3D VIT的强大基准。此外，我们注意到，除了科学的好奇心外，追求统一的2D-3D VIT设计具有实际相关性。具体而言，我们证明了Simple3D Former自然能够从大规模逼真的2D图像（例如Imagenet）中利用预先训练的重量的财富，可以插入以增强“免费” 3D任务性能。

PointNet ++是Point Cloud理解的最具影响力的神经体系结构之一。尽管PointNet ++的准确性在很大程度上已经超过了诸如PointMLP和Point Transformer之类的最近网络，但我们发现，大部分性能增益是由于改进的培训策略，即数据增强和优化技术，而不是架构大小，而不是架构的大小，而不是架构。创新。因此，PointNet ++的全部潜力尚未探索。在这项工作中，我们通过对模型培训和缩放策略进行系统的研究来重新审视经典的PointNet ++，并提供两个主要贡献。首先，我们提出了一组改进的培训策略，可显着提高PointNet ++的性能。例如，我们表明，如果没有任何架构的任何变化，则可以将ScanObjectnn对象分类的PointNet ++的总体准确性（OA）从77.9 \％\％提高到86.1 \％，即使超过了最先进的端点”。其次，我们将倒置的残留瓶颈设计和可分离的MLP引入到PointNet ++中，以实现高效且有效的模型缩放，并提出了PointNext，即PointNets的下一个版本。可以在3D分类和分割任务上灵活地扩展PointNext，并优于最先进的方法。对于分类，PointNext的总体准确度为ScanObjectnn $ 87.7 \％$，超过了PointMLP $ 2.3 \％$，而推断的$ 10 \ times $ $。对于语义细分，PointNext建立了新的最先进的性能，$ 74.9 \％$ MEAN IOU在S3DIS上（6倍交叉验证），优于最近的Point Transformer。代码和型号可在https://github.com/guochengqian/pointNext上获得。

如今，大规模数据集的大型培训大型模型已成为深度学习的关键主题。具有较高表示能力和可传递性的预训练模型取得了巨大的成功，并在自然语言处理和2D视觉中占据了许多下游任务。但是，鉴于有限的训练数据相对不便，因此将这种预处理的调整范式促进这种预处理的调整范式是非平凡的。在本文中，我们提供了一个新的观点，即利用3D域中的预训练的2D知识来解决此问题，以新颖的点对像素来调整预训练的图像模型，以较小的参数成本提示点云分析。遵循促使工程的原理，我们将点云转换为具有几何形状的投影和几何学吸引着色的色彩图像，以适应预训练的图像模型，在点云分析的端到端优化期间，其权重冻结了任务。我们进行了广泛的实验，以证明与提议的点对像素提示合作，更好的预训练图像模型将导致在3D视觉中始终如一地表现更好的性能。享受图像预训练领域的繁荣发展，我们的方法在Scanobjectnn的最困难环境中获得了89.3％的精度，超过了传统的点云模型，具有较少的可训练参数。我们的框架在模型网分类和塑形部分分割方面还表现出非常具竞争力的性能。代码可从https://github.com/wangzy22/p2p获得

The recent success of pre-trained 2D vision models is mostly attributable to learning from large-scale datasets. However, compared with 2D image datasets, the current pre-training data of 3D point cloud is limited. To overcome this limitation, we propose a knowledge distillation method for 3D point cloud pre-trained models to acquire knowledge directly from the 2D representation learning model, particularly the image encoder of CLIP, through concept alignment. Specifically, we introduce a cross-attention mechanism to extract concept features from 3D point cloud and compare them with the semantic information from 2D images. In this scheme, the point cloud pre-trained models learn directly from rich information contained in 2D teacher models. Extensive experiments demonstrate that the proposed knowledge distillation scheme achieves higher accuracy than the state-of-the-art 3D pre-training methods for synthetic and real-world datasets on downstream tasks, including object classification, object detection, semantic segmentation, and part segmentation.

我们呈现Point-Bert，一种用于学习变压器的新范式，以概括BERT对3D点云的概念。灵感来自BERT，我们将屏蔽点建模（MPM）任务设计为预列火车点云变压器。具体地，我们首先将点云划分为几个本地点修补程序，并且具有离散变化性AutoEncoder（DVAE）的点云标记器被设计为生成包含有意义的本地信息的离散点令牌。然后，我们随机掩盖了一些输入点云的补丁并将它们送入骨干变压器。预训练目标是在销售器获得的点代币的监督下恢复蒙面地点的原始点令牌。广泛的实验表明，拟议的BERT风格的预训练策略显着提高了标准点云变压器的性能。配备了我们的预培训策略，我们表明，纯变压器架构对ModelNet40的准确性为93.8％，在ScanObjectnn的最艰难的设置上的准确性为83.1％，超越精心设计的点云模型，手工制作的设计更少。我们还证明，Point-Bert从新的任务和域中获悉的表示，我们的模型在很大程度上推动了几个射击点云分类任务的最先进。代码和预先训练的型号可在https://github.com/lulutang0608/pint -bert上获得

点云的学习表示是3D计算机视觉中的重要任务，尤其是没有手动注释的监督。以前的方法通常会从自动编码器中获得共同的援助，以通过重建输入本身来建立自我判断。但是，现有的基于自我重建的自动编码器仅关注全球形状，而忽略本地和全球几何形状之间的层次结构背景，这是3D表示学习的重要监督。为了解决这个问题，我们提出了一个新颖的自我监督点云表示学习框架，称为3D遮挡自动编码器（3D-OAE）。我们的关键想法是随机遮住输入点云的某些局部补丁，并通过使用剩余的可见图来恢复遮挡的补丁，从而建立监督。具体而言，我们设计了一个编码器，用于学习可见的本地贴片的特征，并设计了一个用于利用这些功能预测遮挡贴片的解码器。与以前的方法相反，我们的3D-OAE可以去除大量的斑块，并仅使用少量可见斑块进行预测，这使我们能够显着加速训练并产生非平凡的自我探索性能。训练有素的编码器可以进一步转移到各种下游任务。我们证明了我们在广泛使用基准下的不同判别和生成应用中的最先进方法的表现。

Pre-training by numerous image data has become de-facto for robust 2D representations. In contrast, due to the expensive data acquisition and annotation, a paucity of large-scale 3D datasets severely hinders the learning for high-quality 3D features. In this paper, we propose an alternative to obtain superior 3D representations from 2D pre-trained models via Image-to-Point Masked Autoencoders, named as I2P-MAE. By self-supervised pre-training, we leverage the well learned 2D knowledge to guide 3D masked autoencoding, which reconstructs the masked point tokens with an encoder-decoder architecture. Specifically, we first utilize off-the-shelf 2D models to extract the multi-view visual features of the input point cloud, and then conduct two types of image-to-point learning schemes on top. For one, we introduce a 2D-guided masking strategy that maintains semantically important point tokens to be visible for the encoder. Compared to random masking, the network can better concentrate on significant 3D structures and recover the masked tokens from key spatial cues. For another, we enforce these visible tokens to reconstruct the corresponding multi-view 2D features after the decoder. This enables the network to effectively inherit high-level 2D semantics learned from rich image data for discriminative 3D modeling. Aided by our image-to-point pre-training, the frozen I2P-MAE, without any fine-tuning, achieves 93.4% accuracy for linear SVM on ModelNet40, competitive to the fully trained results of existing methods. By further fine-tuning on on ScanObjectNN's hardest split, I2P-MAE attains the state-of-the-art 90.11% accuracy, +3.68% to the second-best, demonstrating superior transferable capacity. Code will be available at https://github.com/ZrrSkywalker/I2P-MAE.

由于缺乏大规模标记的3D数据集，大多数3D神经网络都是从划痕训练。在本文中，我们通过利用来自丰富的2D数据集学习的2D网络来介绍一种新的3D预预测方法。我们提出了通过将像素级和点级别特征映射到同一嵌入空间中的对比度的像素到点知识转移来有效地利用2D信息。由于2D和3D网络之间的异构性质，我们介绍了后投影功能以对准2D和3D之间的功能以使转移成为可能。此外，我们设计了一个上采样功能投影层，以增加高级2D特征图的空间分辨率，这使得能够学习细粒度的3D表示。利用普雷累染的2D网络，所提出的预介绍过程不需要额外的2D或3D标记数据，进一步缓解了昂贵的3D数据注释成本。据我们所知，我们是第一个利用现有的2D培训的权重，以预先rain 3D深度神经网络。我们的密集实验表明，使用2D知识预订的3D模型可以通过各种真实世界3D下游任务进行3D网络的性能。

大规模点云的注释仍然耗时，并且对于许多真实世界任务不可用。点云预训练是用于获得快速适配的可扩展模型的一个潜在解决方案。因此，在本文中，我们调查了一种新的自我监督学习方法，称为混合和解除戒（MD），用于点云预培训。顾名思义，我们探索如何将原始点云与混合点云分开，并利用这一具有挑战的任务作为模型培训的借口优化目标。考虑到原始数据集中的有限培训数据，这远低于普遍的想象，混合过程可以有效地产生更高质量的样本。我们构建一个基线网络以验证我们的直觉，只包含两个模块，编码器和解码器。给定混合点云，首先预先训练编码器以提取语义嵌入。然后，利用实例 - 自适应解码器根据嵌入来解除点云。尽管简单，编码器本质上是能够在训练后捕获点云关键点，并且可以快速适应下游任务，包括预先训练和微调范例的分类和分割。在两个数据集上的广泛实验表明编码器+我们的（MD）显着超越了从头划痕培训的编码器和快速收敛的编码器。在消融研究中，我们进一步研究了每个部件的效果，并讨论了拟议的自我监督学习策略的优势。我们希望这种自我监督的学习尝试点云可以铺平了减少对大规模标记数据的深度学习模型依赖的方式，并在将来节省了大量的注释成本。

多视图投影方法在3D理解任务等方面表现出有希望的性能，如3D分类和分割。然而，它仍然不明确如何将这种多视图方法与广泛可用的3D点云组合。以前的方法使用未受忘掉的启发式方法在点级别结合功能。为此，我们介绍了多视图点云（vinoint云）的概念，表示每个3D点作为从多个视图点提取的一组功能。这种新颖的3D Vintor云表示将3D点云表示的紧凑性与多视图表示的自然观。当然，我们可以用卷积和汇集操作配备这一新的表示。我们以理论上建立的功能形式部署了Voint神经网络（vointnet），以学习vinite空间中的表示。我们的小说代表在ScanObjectnn，ModelNet40和ShapEnet​​ Core55上实现了3D分类和检索的最先进的性能。此外，我们在ShapeNet零件上实现了3D语义细分的竞争性能。进一步的分析表明，与其他方法相比，求力提高了旋转和闭塞的鲁棒性。

变压器是一种基于关注的编码器解码器架构，彻底改变了自然语言处理领域。灵感来自这一重大成就，最近在将变形式架构调整到计算机视觉（CV）领域的一些开创性作品，这已经证明了他们对各种简历任务的有效性。依靠竞争力的建模能力，与现代卷积神经网络相比在本文中，我们已经为三百不同的视觉变压器进行了全面的审查，用于三个基本的CV任务（分类，检测和分割），提出了根据其动机，结构和使用情况组织这些方法的分类。 。由于培训设置和面向任务的差异，我们还在不同的配置上进行了评估了这些方法，以便于易于和直观的比较而不是各种基准。此外，我们已经揭示了一系列必不可少的，但可能使变压器能够从众多架构中脱颖而出，例如松弛的高级语义嵌入，以弥合视觉和顺序变压器之间的差距。最后，提出了三个未来的未来研究方向进行进一步投资。

基于变压器的自我监督表示方法学习方法从未标记的数据集中学习通用功能，以提供有用的网络初始化参数，用于下游任务。最近，基于掩盖3D点云数据的局部表面斑块的自我监督学习的探索还不足。在本文中，我们提出了3D点云表示学习中的蒙版自动编码器（缩写为MAE3D），这是一种新颖的自动编码范式，用于自我监督学习。我们首先将输入点云拆分为补丁，然后掩盖其中的一部分，然后使用我们的补丁嵌入模块提取未掩盖的补丁的功能。其次，我们采用贴片的MAE3D变形金刚学习点云补丁的本地功能以及补丁之间的高级上下文关系，并完成蒙版补丁的潜在表示。我们将点云重建模块与多任务损失一起完成，从而完成不完整的点云。我们在Shapenet55上进行了自我监督的预训练，并使用点云完成前文本任务，并在ModelNet40和ScanObjectnn（PB \ _t50 \ _RS，最难的变体）上微调预训练的模型。全面的实验表明，我们的MAE3D从Point Cloud补丁提取的本地功能对下游分类任务有益，表现优于最先进的方法（$ 93.4 \％\％\％\％$和$ 86.2 \％$ $分类精度）。

Multi-view projection techniques have shown themselves to be highly effective in achieving top-performing results in the recognition of 3D shapes. These methods involve learning how to combine information from multiple view-points. However, the camera view-points from which these views are obtained are often fixed for all shapes. To overcome the static nature of current multi-view techniques, we propose learning these view-points. Specifically, we introduce the Multi-View Transformation Network (MVTN), which uses differentiable rendering to determine optimal view-points for 3D shape recognition. As a result, MVTN can be trained end-to-end with any multi-view network for 3D shape classification. We integrate MVTN into a novel adaptive multi-view pipeline that is capable of rendering both 3D meshes and point clouds. Our approach demonstrates state-of-the-art performance in 3D classification and shape retrieval on several benchmarks (ModelNet40, ScanObjectNN, ShapeNet Core55). Further analysis indicates that our approach exhibits improved robustness to occlusion compared to other methods. We also investigate additional aspects of MVTN, such as 2D pretraining and its use for segmentation. To support further research in this area, we have released MVTorch, a PyTorch library for 3D understanding and generation using multi-view projections.

蒙面自动编码是一种流行而有效的自我监督学习方法，可以指向云学习。但是，大多数现有方法仅重建掩盖点并忽略本地几何信息，这对于了解点云数据也很重要。在这项工作中，据我们所知，我们首次尝试将局部几何信息明确考虑到掩盖的自动编码中，并提出一种新颖的蒙版表面预测（Masksurf）方法。具体而言，考虑到以高比例掩盖的输入点云，我们学习一个基于变压器的编码器码头网络，通过同时预测表面位置（即点）和每条效率方向（即，正常），以估算基础掩盖的表面。 。点和正态的预测由倒角距离和新引入的位置指标的正常距离以设定的方式进行监督。在三种微调策略下，我们的Masksurf在六个下游任务上得到了验证。特别是，MaskSurf在OBJ-BG设置下的ScanoBjectNN的现实世界数据集上胜过其最接近的竞争对手Point-Mae，证明了掩盖的表面预测的优势比蒙版的预测优势比蒙版的预测。代码将在https://github.com/ybzh/masksurf上找到。

Arguably one of the top success stories of deep learning is transfer learning. The finding that pre-training a network on a rich source set (e.g., ImageNet) can help boost performance once fine-tuned on a usually much smaller target set, has been instrumental to many applications in language and vision. Yet, very little is known about its usefulness in 3D point cloud understanding. We see this as an opportunity considering the effort required for annotating data in 3D. In this work, we aim at facilitating research on 3D representation learning. Different from previous works, we focus on high-level scene understanding tasks. To this end, we select a suite of diverse datasets and tasks to measure the effect of unsupervised pre-training on a large source set of 3D scenes. Our findings are extremely encouraging: using a unified triplet of architecture, source dataset, and contrastive loss for pre-training, we achieve improvement over recent best results in segmentation and detection across 6 different benchmarks for indoor and outdoor, real and synthetic datasets -demonstrating that the learned representation can generalize across domains. Furthermore, the improvement was similar to supervised pre-training, suggesting that future efforts should favor scaling data collection over more detailed annotation. We hope these findings will encourage more research on unsupervised pretext task design for 3D deep learning. Our code is publicly available at https://github.com/facebookresearch/PointContrast

蒙面的自动编码器是可扩展的视觉学习者，因为Mae \ Cite {He2022masked}的标题表明，视觉中的自我监督学习（SSL）可能会采用与NLP中类似的轨迹。具体而言，具有蒙版预测（例如BERT）的生成借口任务已成为NLP中的事实上的标准SSL实践。相比之下，他们的歧视性对应物（例如对比度学习）掩埋了视力中的生成方法的早期尝试；但是，蒙版图像建模的成功已恢复了屏蔽自动编码器（过去通常被称为DeNosing AutoCoder）。作为在NLP中与Bert弥合差距的一个里程碑，蒙面自动编码器吸引了对SSL在视觉及其他方面的前所未有的关注。这项工作对蒙面自动编码器进行了全面的调查，以洞悉SSL的有希望的方向。作为第一个使用蒙版自动编码器审查SSL的人，这项工作通过讨论其历史发展，最新进度以及对不同应用的影响，重点介绍其在视觉中的应用。