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点群処理arXiv:2606.06255

RadiusFPS: 球状ボクセル刈り込みによるCPU・GPU上の効率的な最遠点サンプリング

RadiusFPS: Efficient Farthest Point Sampling on CPUs and GPUs via Spherical Voxel Pruning

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点群のダウンサンプリング手法である最遠点サンプリング(FPS)を高速化するため、球状ボクセル刈り込みと座標ごとのスキップテストを導入し、GPU実装で最大2.5倍の高速化を達成した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 点群のダウンサンプリング演算子 Farthest Point Sampling (FPS) を CPU/GPU で高速化するフレームワーク RadiusFPS の提案。 - 球面ボクセル (spherical voxel) による枝刈りで冗長な距離計算を削減。 - 標準 FPS の更新規則・初期化・タイブレーク方針を維持。 - GPU 向けに warp-level 実装 RadiusFPS-G も導入。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来 FPS は計算量が大きく、LiDAR 等の毎秒百万点規模で latency の主要因。 - RadiusFPS-G は GPU ベース FPS に対し最大 2.5x 高速化。 - 評価した手法中で QuickFPS と同等以上、GPU メモリは約半分。 - セグメンテーション精度は同等。 - FastPoint sampler と組み合わせると End-to-End 推論が最速。

3. 技術・手法の肝は?

- 点群を球面ボクセルで索引化し、保守的な幾何学的上界を導出。 - 各反復で不要な距離計算を枝刈り。 - 座標ごとの point-skip テストで残りの更新を除去。 - RadiusFPS-G は voxel 選択・枝刈り・距離更新を warp-level で融合し、memory-coalesced カーネルで global-memory 往復を削減。

4. どうやって有効だと検証した?

- 屋内 (S3DIS, ScanNet) と屋外 LiDAR (SemanticKITTI) のベンチマークで評価。 - RadiusFPS-G は GPU ベース FPS 比で最大 2.5x 高速化。 - QuickFPS と同等以上、GPU メモリ約半分、セグメンテーション精度同等。 - FastPoint sampler 併用で End-to-End 推論が最速。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- QuickFPS - FastPoint sampler - 古典的 FPS の関連研究

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Ziyang Yu, Xiang Li, Qiong Chang, Jun Miyazaki

分類: cs.RO, cs.CV, cs.DC

原文アブストラクト

Point clouds are a primary sensory representation for robotic perception, underpinning LiDAR-based autonomous driving, simultaneous localization and mapping (SLAM), and navigation. Within these pipelines, Farthest Point Sampling (FPS) is the most well-known downsampling operator, as its uniform coverage preserves the geometric structure on which downstream perception relies. However, the large time complexity of classical FPS scales poorly with the million-point-per-second rates of modern 3D sensors, making it a dominant latency bottleneck that conflicts with the real-time and limited onboard compute budgets of robotic systems. Therefore, we propose RadiusFPS, an FPS acceleration framework based on spherical voxel pruning that preserves the standard FPS update rule under the same initialization and tie-breaking policy. By indexing the point cloud with spherical voxels, RadiusFPS derives a conservative geometric bound that prunes redundant distance computations in each iteration, complemented by a coordinate-wise point-skip test that removes residual updates. We further introduce RadiusFPS-G, a warp-level GPU implementation that fuses voxel selection, pruning, and distance update into memory-coalesced kernels, eliminating costly global-memory round-trips. On indoor (S3DIS, ScanNet) and outdoor LiDAR (SemanticKITTI) benchmarks, RadiusFPS-G attains up to 2.5x speedup over GPU-based FPS and matches or exceeds QuickFPS among the evaluated methods while using roughly half its GPU memory, with comparable segmentation accuracy. When coupled with the learning-based FastPoint sampler, the resulting pipeline achieves the fastest End-to-End inference among all evaluated configurations. These properties make high-quality FPS-style sampling practical for latency- and memory-constrained robotic vision.

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