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sim2realarXiv:2512.05106

位相保存拡散による構造整合生成

NeuralRemaster: Phase-Preserving Diffusion for Structure-Aligned Generation

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拡散過程のノイズを位相保存型に再定式化し、構造を保った画像・動画生成やsim2real転移を可能にした手法を提案。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 拡散モデルのノイズ付加過程を再定式化する **Phase-Preserving Diffusion (φ-PD)** の提案 - 入力の位相(phase)を保持し、振幅(magnitude)のみをランダム化する拡散プロセス - 構造整合性(structure-aligned)を要する生成タスク向け - 併せて **Frequency-Selective Structured (FSS) noise** を提案 - 単一の frequency-cutoff パラメータで構造の硬さを連続制御 - 対象タスク: photorealistic/stylized re-rendering、sim-to-real enhancement、image-to-image / video-to-video 生成 - モデル非依存で追加パラメータ不要、推論時コスト増なし

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 標準拡散は Gaussian noise の Fourier 係数の振幅・位相をともにランダム化 - 無条件/ text-to-image 生成には有効だが位相破壊で空間構造が失われる - 幾何整合性が必要な re-rendering や simulation enhancement に不向き - φ-PD は位相を保持し振幅のみランダム化することで構造整合生成を実現 - アーキテクチャ変更・追加パラメータ不要という点が利点 - FSS noise により構造剛性を単一パラメータで連続制御可能 - 既存の conditioning 手法と相補的で、画像/動画の任意拡散モデルに適用可能

3. 技術・手法の肝は?

- 拡散の forward process を Fourier 領域で再解釈 - 入力の phase 成分を保持し magnitude 成分のみをランダム化 - **Frequency-Selective Structured (FSS) noise** - frequency-cutoff パラメータで低周波/高周波の扱いを制御し構造剛性を調整 - モデル非依存の再定式化であり、既存の拡散モデルにそのまま適用可能 - 推論時コスト増なし、追加パラメータ不要 - 既存 conditioning と組み合わせ可能

4. どうやって有効だと検証した?

- photorealistic および stylized re-rendering で評価 - 制御可能で空間的に整合した結果を確認 - 運転プランナ向け sim-to-real enhancement で評価 - CARLA simulator に適用し sim-to-real planner transfer 性能が有意に向上 - image-to-image / video-to-video 生成への適用可能性を示唆 - 詳細な定量指標・比較手法は要旨からは不明

5. 議論はある?

- 位相保持により構造整合生成が可能になる一方、振幅ランダム化の影響範囲は要旨からは不明 - FSS noise の frequency-cutoff 選択の感度やタスク依存性は要旨からは不明 - 既存 conditioning との相補性は述べられるが、併用時の挙動詳細は要旨からは不明 - 限界・失敗ケースに関する議論は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- 標準的な Gaussian noise を用いる拡散モデル(DDPM 等の基盤的手法) - text-to-image 拡散モデル(Stable Diffusion 系) - image-to-image translation 手法 - CARLA simulator を用いた sim-to-real 転移研究 - 周波数領域での拡散・ノイズ設計に関する関連研究(要旨では特定論文の参照なし)

※ 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 Zeng, Charles Ochoa, Mingyuan Zhou, Vishal M. Patel, Vitor Guizilini, Rowan McAllister

分類: cs.CV, cs.GR, cs.LG, cs.RO

原文アブストラクト

Standard diffusion corrupts data using Gaussian noise whose Fourier coefficients have random magnitudes and random phases. While effective for unconditional or text-to-image generation, corrupting phase components destroys spatial structure, making it ill-suited for tasks requiring geometric consistency, such as re-rendering, simulation enhancement, and image-to-image translation. We introduce Phase-Preserving Diffusion (\phi-PD), a model-agnostic reformulation of the diffusion process that preserves input phase while randomizing magnitude, enabling structure-aligned generation without architectural changes or additional parameters. We further propose Frequency-Selective Structured (FSS) noise, which provides continuous control over structural rigidity via a single frequency-cutoff parameter. \phi-PD adds no inference-time cost and is compatible with any diffusion model for images or videos. Across photorealistic and stylized re-rendering, as well as sim-to-real enhancement for driving planners, \phi-PD produces controllable, spatially aligned results. When applied to the CARLA simulator, \phi-PD significantly improves sim-to-real planner transfer performance. The method is complementary to existing conditioning approaches and broadly applicable to image-to-image and video-to-video generation. Videos, additional examples, and code are available on our \href{https://yuzeng-at-tri.github.io/ppd-page/}{project page}.

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