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自律飛行arXiv:2601.07558

FlyCo: 基盤モデルを活用したドローンによるオープンワールド環境での自律的3D構造スキャン

FlyCo: Foundation Model-Empowered Drones for Autonomous 3D Structure Scanning in Open-World Environments

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テキストや視覚的指示から、基盤モデルを活用した知覚・予測・計画ループにより、未知環境でドローンが対象構造物を自律的に3Dスキャンするシステムを提案。

詳しい要約

1. どんなもの?

- オープンワールド環境でドローンによる自律的な3D構造物スキャンを実現するシステムFlyCoを提案。 - テキストや視覚アノテーションなどの人間プロンプトを入力とし、知覚・予測・計画のループで完全自律飛行を実現。 - 基礎モデル(FM)の知識を統合し、未知環境での適応性と効率を向上。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存手法は制約的な仮定や人手による事前知識に依存し、実用性・効率・適応性が限定的。 - FlyCoはFMを活用し、低労力のプロンプトから適応的なスキャン飛行を生成。 - 実世界およびシミュレーション実験で既存パラダイムを上回る性能を示し、人手労力を削減。

3. 技術・手法の肝は?

- 知覚:ストリーミングセンサーデータと視覚言語FMを融合し、対象のグラウンディングと追跡を頑健化。 - 予測:FM知識を蒸留し、マルチモーダル手がかりを組み合わせて部分観測対象の完全形状を推論。 - 計画:予測的先見性を活用し、対象を包括的にカバーする効率的で安全な経路を生成。 - 各コンポーネントを設計し、オープンワールドでのグラウンディング効率・頑健性、予測品質(形状精度、ゼロショット汎化、時間安定性)、長期的飛行効率とリアルタイム計算・オンライン衝突回避のバランスを向上。

4. どうやって有効だと検証した?

- 挑戦的な実世界およびシミュレーション実験を実施。 - FlyCoが精密なシーン理解、高効率、リアルタイム安全性を実現し、既存パラダイムを上回ることを示した。 - 包括的なアブレーション研究により各コンポーネントの貢献を検証。

5. 議論はある?

- 提案アーキテクチャの実用性を検証し、将来のFMやロボティクス進歩を活用できる柔軟で拡張可能な設計図として機能。 - コードは公開予定。 - 具体的な限界や議論の詳細は要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究は明示されていない。 - 関連手法として、vision-language foundation models(例:CLIP, GPT-4V)、3D scanning、autonomous drone navigation、perception-prediction-planning loops などが挙げられる。

※ 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: Chen Feng, Guiyong Zheng, Tengkai Zhuang, Yongqian Wu, Fangzhan He, Haojia Li, Juepeng Zheng, Shaojie Shen, Boyu Zhou

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Autonomous 3D scanning of open-world target structures via drones remains challenging despite broad applications. Existing paradigms rely on restrictive assumptions or effortful human priors, limiting practicality, efficiency, and adaptability. Recent foundation models (FMs) offer great potential to bridge this gap. This paper investigates a critical research problem: What system architecture can effectively integrate FM knowledge for this task? We answer it with FlyCo, a principled FM-empowered perception-prediction-planning loop enabling fully autonomous, prompt-driven 3D target scanning in diverse unknown open-world environments. FlyCo directly translates low-effort human prompts (text, visual annotations) into precise adaptive scanning flights via three coordinated stages: (1) perception fuses streaming sensor data with vision-language FMs for robust target grounding and tracking; (2) prediction distills FM knowledge and combines multi-modal cues to infer the partially observed target's complete geometry; (3) planning leverages predictive foresight to generate efficient and safe paths with comprehensive target coverage. Building on this, we further design key components to boost open-world target grounding efficiency and robustness, enhance prediction quality in terms of shape accuracy, zero-shot generalization, and temporal stability, and balance long-horizon flight efficiency with real-time computability and online collision avoidance. Extensive challenging real-world and simulation experiments show FlyCo delivers precise scene understanding, high efficiency, and real-time safety, outperforming existing paradigms with lower human effort and verifying the proposed architecture's practicality. Comprehensive ablations validate each component's contribution. FlyCo also serves as a flexible, extensible blueprint, readily leveraging future FM and robotics advances. Code will be released.

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