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3D占有予測arXiv:2603.12144

O3N: 都市自律エージェントのための全方位オープンボキャブラリ占有予測

O3N: Omnidirectional Open-Vocabulary Occupancy Prediction for Urban Autonomous Agents

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単一の全方位RGB画像から360度の3D占有を予測する初のオープンボキャブラリ手法を提案し、極座標スパイラルMambaと視覚・ボクセル・テキストの整合機構で高精度かつ汎化性能を実現した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 単一の全方位RGB画像からopen-vocabularyな3D occupancy predictionを行うフレームワークO3Nを提案。 - 都市自律エージェントのための全方位知覚を目的とし、360度の空間表現と長距離コンテキストモデリングを可能にする。 - 極座標スパイラルトポロジーにボクセルを埋め込むPolar-spiral Mamba (PsM) モジュールを導入。 - Occupancy Cost Aggregation (OCA) モジュールで幾何と意味の監督を統合。 - Natural Modality Alignment (NMA) で視覚特徴、ボクセル埋め込み、テキスト意味を勾配なしで整合。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存の視覚ベース3D occupancy predictionは限られた視点入力と事前定義された訓練分布に制約され、open-world探索に適用困難。 - O3Nは初の単一全方位RGB画像からのopen-vocabulary occupancy predictionフレームワーク。 - 全方位ボクセルを極座標スパイラルトポロジーで埋め込み、360度の連続空間表現と長距離コンテキストモデリングを実現。 - 幾何と意味の監督を統合するOCAと、勾配なしでモダリティを整合するNMAを導入。 - QuadOccとHuman360Occベンチマークでstate-of-the-art性能を達成し、クロスシーン汎化と意味スケーラビリティを示す。

3. 技術・手法の肝は?

- Polar-spiral Mamba (PsM) モジュール:全方位ボクセルを極座標スパイラルトポロジーに埋め込み、連続空間表現と長距離コンテキストモデリングを実現。 - Occupancy Cost Aggregation (OCA) モジュール:ボクセル空間内で幾何と意味の監督を統合する原理的メカニズムを導入し、再構成幾何と意味構造の一貫性を確保。 - Natural Modality Alignment (NMA):視覚特徴、ボクセル埋め込み、テキスト意味を勾配なしで整合し、一貫した「pixel-voxel-text」表現トライアドを形成。

4. どうやって有効だと検証した?

- 複数のモデルで広範な実験を実施。 - QuadOccとHuman360Occベンチマークでstate-of-the-art性能を達成。 - クロスシーン汎化と意味スケーラビリティを示す。 - ソースコードは公開予定。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- Polar-spiral Mamba (PsM) モジュール - Occupancy Cost Aggregation (OCA) モジュール - Natural Modality Alignment (NMA) - QuadOccベンチマーク - Human360Occベンチマーク

※ 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: Mengfei Duan, Hao Shi, Fei Teng, Guoqiang Zhao, Yuheng Zhang, Zhiyong Li, Kailun Yang

分類: cs.CV, cs.RO, eess.IV

原文アブストラクト

Understanding and reconstructing the 3D world through omnidirectional perception is becoming increasingly important for intelligent transportation and urban autonomous agents operating in shared spaces. However, existing vision-based 3D occupancy prediction methods are constrained by limited perspective inputs and a predefined training distribution, making them difficult to apply to embodied agents that require comprehensive and safe perception of scenes in open-world exploration. To address this, we present O3N, the first framework for open-vocabulary occupancy prediction from a single omnidirectional RGB image. O3N embeds omnidirectional voxels in a polar-spiral topology via the Polar-spiral Mamba (PsM) module, enabling continuous spatial representation and long-range context modeling across 360{\deg}. The Occupancy Cost Aggregation (OCA) module introduces a principled mechanism for unifying geometric and semantic supervision within the voxel space, ensuring consistency between the reconstructed geometry and the underlying semantic structure. Moreover, Natural Modality Alignment (NMA) establishes a gradient-free alignment pathway that harmonizes visual features, voxel embeddings, and text semantics, forming a consistent ``pixel-voxel-text'' representation triad. Extensive experiments on multiple models demonstrate that our method not only achieves state-of-the-art performance on QuadOcc and Human360Occ benchmarks but also exhibits remarkable cross-scene generalization and semantic scalability, highlighting the potential of O3N for scalable open-world 3D scene understanding. The source code will be made publicly available at https://github.com/MengfeiD/O3N

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