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VLAarXiv:2602.15400

万物を導く一つのエージェント:明示的な世界表現によるMLLMの視覚言語ナビゲーション強化

One Agent to Guide Them All: Empowering MLLMs for Vision-and-Language Navigation via Explicit World Representation

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MLLMを用いたナビゲーションで、低レベル空間推定と高レベル意味計画を分離し、インタラクティブな計量世界表現と反事実推論を導入することで、ゼロショットで最先端性能を達成し、実機移行も実証した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 本論文は、Multimodal Large Language Models (MLLMs) を活用した Vision-and-Language Navigation (VLN) のための新しいフレームワークを提案する。 - 従来の密結合な設計を改め、低レベルの空間状態推定と高レベルの意味的計画を分離する decoupled design を採用。 - 事前定義された過度に単純化されたテキストマップに依存せず、インタラクティブな metric world representation を導入し、MLLMs がそれと対話・推論して意思決定を行う。 - さらに counterfactual reasoning を導入し、MLLMs の能力を引き出しつつ、metric world representation が生成される行動の物理的妥当性を保証する。 - シミュレーションと実環境の両方で実験を行い、ゼロショットで R2R-CE 48.8% SR、RxR-CE 42.2% SR を達成。 - 多様な embodiment(TurtleBot 4 や自作ドローン)へのゼロショット sim-t…

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の MLLM ベースのナビゲーションエージェントは tightly coupled design により性能が大幅に制限されていた。 - 既存手法は predefined, oversimplified textual maps に依存していたが、本手法は interactive metric world representation を導入し、豊かで一貫した情報を維持する。 - これにより MLLMs が世界表現と対話・推論できるようになり、意思決定の質が向上。 - counterfactual reasoning の導入により MLLMs の潜在能力をさらに引き出し、物理的に妥当な行動を生成。 - ゼロショットで R2R-CE と RxR-CE のベンチマークにおいて state-of-the-art を達成。 - 多様な embodiment へのゼロショット sim-to-real 転移を実証し、ドメイン不変なインターフェースとしての堅牢性を示した。

3. 技術・手法の肝は?

- 低レベルの空間状態推定と高レベルの意味的計画を分離する decoupled design を採用。 - インタラクティブな metric world representation を構築し、MLLMs がそれと対話しながら推論する。 - この表現は rich で consistent な情報を維持し、物理的妥当性を保証する。 - counterfactual reasoning を導入し、MLLMs の推論能力を引き出す。 - 具体的なアルゴリズムやネットワーク構造の詳細は要旨からは不明。

4. どうやって有効だと検証した?

- シミュレーション環境と実世界環境の両方で包括的な実験を実施。 - R2R-CE ベンチマークで 48.8% の Success Rate (SR) を達成。 - RxR-CE ベンチマークで 42.2% の SR を達成。 - ゼロショットで state-of-the-art を確立。 - 多様な embodiment(wheeled TurtleBot 4 と custom-built aerial drone)へのゼロショット sim-to-real 転移を実証。 - 実世界展開により、decoupled framework が embodied VLN のための堅牢でドメイン不変なインターフェースとして機能することを検証。

5. 議論はある?

- 要旨からは、手法の限界や議論の詳細は不明。 - ただし、decoupled design がドメイン不変なインターフェースとして機能し、多様な embodiment に適用可能であることが示されている。 - 今後の課題や改善点については言及されていない。

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、MLLM ベースの VLN エージェント、textual maps を用いる手法、counterfactual reasoning を導入したナビゲーション、sim-to-real 転移に関する研究が挙げられる。 - 具体的な論文名は要旨からは不明。

※ 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: Zerui Li, Hongpei Zheng, Fangguo Zhao, Aidan Chan, Jian Zhou, Sihao Lin, Shijie Li, Qi Wu

分類: cs.RO

原文アブストラクト

A navigable agent needs to understand both high-level semantic instructions and precise spatial perceptions. Building navigation agents centered on Multimodal Large Language Models (MLLMs) demonstrates a promising solution due to their powerful generalization ability. However, the current tightly coupled design dramatically limits system performance. In this work, we propose a decoupled design that separates low-level spatial state estimation from high-level semantic planning. Unlike previous methods that rely on predefined, oversimplified textual maps, we introduce an interactive metric world representation that maintains rich and consistent information, allowing MLLMs to interact with and reason on it for decision-making. Furthermore, counterfactual reasoning is introduced to further elicit MLLMs' capacity, while the metric world representation ensures the physical validity of the produced actions. We conduct comprehensive experiments in both simulated and real-world environments. Our method establishes a new zero-shot state-of-the-art, achieving 48.8\% Success Rate (SR) in R2R-CE and 42.2\% in RxR-CE benchmarks. Furthermore, to validate the versatility of our metric representation, we demonstrate zero-shot sim-to-real transfer across diverse embodiments, including a wheeled TurtleBot 4 and a custom-built aerial drone. These real-world deployments verify that our decoupled framework serves as a robust, domain-invariant interface for embodied Vision-and-Language navigation.

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