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sim2realarXiv:2510.21447

PhysWorld: 実動画から物理を考慮したデモ合成による変形物体のワールドモデル

PhysWorld: From Real Videos to World Models of Deformable Objects via Physics-Aware Demonstration Synthesis

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実世界の限られた動画から変形物体の物理特性を推定し、シミュレータで多様なデモを合成して軽量なGNNワールドモデルを学習する手法を提案。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 変形可能物体の物理一貫性のある動力学を学習する世界モデルフレームワーク PhysWorld を提案。 - 実世界のビデオデータ不足を補うため、シミュレータで多様なデモを合成し、軽量 GNN ベースの世界モデルを学習。 - 物体の物理特性を埋め込み、将来予測を高速かつ高精度に行う。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 先行研究 PhysTwin と比較して、推論速度が47倍高速でありながら競争力のある性能を達成。 - 限られた実ビデオから物理一貫性のあるモデルを学習する課題に対し、シミュレータによるデモ合成でデータ不足を克服。 - 空間的に変化する物理特性を持つ変形可能物体にも対応。

3. 技術・手法の肝は?

- MPM シミュレータ内で構成モデル選択と物理特性のグローバル・トゥ・ローカル最適化により物理一貫性のあるデジタルツインを構築。 - 物理特性に部位認識の摂動を加え、多様な運動パターンを生成して大規模で多様なデモを合成。 - 合成デモを用いて物理特性を埋め込んだ軽量 GNN ベースの世界モデルを訓練。実ビデオで物理特性を更に微調整可能。

4. どうやって有効だと検証した?

- 様々な変形可能物体に対して正確かつ高速な将来予測を実現し、新規インタラクションにも良好に汎化することを実験で示した。 - PhysTwin と比較して競争力のある性能と47倍高速な推論を実証。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- PhysTwin(比較対象の最先端手法) - MPM シミュレータ(Material Point Method) - GNN ベースの世界モデル

※ 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: Yu Yang, Zhilu Zhang, Xiang Zhang, Yihan Zeng, Hui Li, Wangmeng Zuo

分類: cs.CV, cs.AI, cs.RO

原文アブストラクト

Interactive world models that simulate object dynamics are crucial for robotics, VR, and AR. However, it remains a significant challenge to learn physics-consistent dynamics models from limited real-world video data, especially for deformable objects with spatially-varying physical properties. To overcome the challenge of data scarcity, we propose PhysWorld, a novel framework that utilizes a simulator to synthesize physically plausible and diverse demonstrations to learn efficient world models. Specifically, we first construct a physics-consistent digital twin within MPM simulator via constitutive model selection and global-to-local optimization of physical properties. Subsequently, we apply part-aware perturbations to the physical properties and generate various motion patterns for the digital twin, synthesizing extensive and diverse demonstrations. Finally, using these demonstrations, we train a lightweight GNN-based world model that is embedded with physical properties. The real video can be used to further refine the physical properties. PhysWorld achieves accurate and fast future predictions for various deformable objects, and also generalizes well to novel interactions. Experiments show that PhysWorld has competitive performance while enabling inference speeds 47 times faster than the recent state-of-the-art method, i.e., PhysTwin.

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