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VLAarXiv:2512.04069

SpaceTools: 二重対話型強化学習によるツール拡張空間推論

SpaceTools: Tool-Augmented Spatial Reasoning via Double Interactive RL

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VLMが複数の視覚ツールを強化学習で協調利用できるよう訓練する二段階フレームワークDIRLを提案し、空間推論ベンチマークで最高性能と実機マニピュレーションを実現した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- Vision Language Models (VLMs) の空間推論を強化するツール拡張フレームワーク SpaceTools を提案 - 複数の視覚ツール(depth estimators, segmentation models, pose estimators 等)を VLM が自ら調整して使う - Double Interactive Reinforcement Learning (DIRL) と呼ぶ二段階学習で実現 - 7-DOF robot をツールとして実世界 manipulation にも適用

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来は handcrafted prompting や固定ツールパイプラインに依存し、VLM のツール利用パターン発見を制限 - 既存 RL 研究は単一視覚ツール推論に限定され、multi-tool reasoning の探索空間が課題 - DIRL は複数ツール協調を interactive exploration と feedback で学習 - vanilla SFT 比 +12%、RL 比 +16%(RoboSpatial)の改善

3. 技術・手法の肝は?

- 二段階の Double Interactive Reinforcement Learning (DIRL) - teaching phase: 単一ツール specialist の interactive RL による demonstrations と、全ツールを使う frontier model の traces を組み合わせ - exploration phase: 継続的 RL で multi-tool coordination を更に洗練 - ツール利用を対話的フィードバックで探索させる点が肝

4. どうやって有効だと検証した?

- 空間理解ベンチマーク RoboSpatial-Home, BLINK, BOP-ASK で state-of-the-art - 7-DOF robot をツールとした実世界 manipulation の信頼性を実証 - vanilla SFT 比 +12%、RL 比 +16%(RoboSpatial)の ablation 的比較 - 詳細な実験設定は要旨からは不明

5. 議論はある?

- multi-tool reasoning の探索空間の大きさへの対処が動機、DIRL で緩和 - frontier model の traces と specialist demonstrations の併用効果が示唆される - 限界・失敗事例・計算コスト等の議論は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- 単一視覚ツール RL の先行研究(要旨で対比される既存 RL 手法) - frontier model の tool-use traces を用いる研究 - RoboSpatial-Home, BLINK, BOP-ASK の各ベンチマーク論文 - depth estimators, segmentation models, pose estimators 等の視覚ツール関連研究

※ 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: Siyi Chen, Mikaela Angelina Uy, Chan Hee Song, Faisal Ladhak, Adithyavairavan Murali, Qing Qu, Stan Birchfield, Valts Blukis, Jonathan Tremblay

分類: cs.CV, cs.RO

原文アブストラクト

Vision Language Models (VLMs) demonstrate strong qualitative visual understanding, but struggle with metrically precise spatial reasoning required for embodied applications. The agentic paradigm promises that VLMs can use a wide variety of tools that could augment these capabilities, such as depth estimators, segmentation models, and pose estimators. Yet it remains an open challenge how to realize this vision without solely relying on handcrafted prompting strategies or enforcing fixed, predefined tool pipelines that limit VLMs' ability to discover optimal tool-use patterns. Reinforcement Learning could overcome this gap, but has so far been limited to reasoning with a single visual tool due to the large search space in multi-tool reasoning. We introduce Double Interactive Reinforcement Learning (DIRL), a two-phase training framework where VLMs learn to coordinate multiple tools through interactive exploration and feedback. In the teaching phase, we combine demonstrations from a single tool specialist trained via interactive RL with traces from a frontier model using all tools. In the exploration phase, the model further refines multi-tool coordination through continued RL. Our model, SpaceTools, with tool-augmented spatial reasoning ability, achieves state-of-the-art performance on spatial understanding benchmarks (RoboSpatial-Home, BLINK, BOP-ASK) and demonstrates reliable real-world manipulation using a 7-DOF robot as a tool. DIRL provides substantial improvements over the vanilla SFT (+12% on RoboSpatial) and RL (+16% on RoboSpatial) baselines. Project page: https://spacetools.github.io/.

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