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ナビゲーションarXiv:2603.17351

OmniVLN: 空中・地上プラットフォームを横断する視覚言語ナビゲーションのための全方位3D知覚とトークン効率的LLM推論

OmniVLN: Omnidirectional 3D Perception and Token-Efficient LLM Reasoning for Visual-Language Navigation across Air and Ground Platforms

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全方位3D知覚と階層的推論を組み合わせたゼロショット視覚言語ナビゲーションフレームワークを提案し、空中・地上ロボットの両方で動作する。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 言語誘導のembodied navigationを解くzero-shot visual-language navigationフレームワーク。 - 空中・地上ロボット両方に対応。 - omnidirectional 3D perceptionとtoken-efficient hierarchical reasoningを統合。 - rotating LiDARとpanoramic visionを融合し、hardware-agnostic mapping stackを構築。 - 5層のDynamic Scene Graph (DSG)をmesh geometryからroom/building-level構造まで漸進的に構築。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来は狭いfield-of-view sensingで局所シーンのみ観測し、回転繰り返しやtarget発見遅延、空間理解の断片化が問題。 - 密な3D mapや全object listをLLMに直接入力するとcontext budgetを超過。 - 提案手法はomnidirectional 3D perceptionと階層的reasoningでこれらを解決。 - spatial referring accuracyを77.27%から93.18%に改善。 - 累積prompt tokensを最大61.7%削減、navigation successを最大11.68%向上(flat-list baseline比)。

3. 技術・手法の肝は?

- rotating LiDARとpanoramic visionを融合したhardware-agnostic mapping stack。 - 5層のDynamic Scene Graph (DSG)をmesh geometryからroom/building-level構造まで漸進的に構築。 - persistent-homology-based room partitioningとhybrid geometric/VLM relation verificationで高レベルtopologyを安定化。 - ナビゲーション時、global DSGをagent-centric 3D octant representationに変換。 - multi-resolution spatial attention promptingでLLMが候補roomを漸進的にフィルタし、egocentric orientationを推論、target objectをlocalize、実行可能なnavigation primitivesを出力。

4. どうやって有効だと検証した?

- 実験により、階層的interfaceがspatial referring accuracyを77.27%から93.18%に改善。 - 混雑したmulti-room設定で累積prompt tokensを最大61.7%削減。 - flat-list baselineと比較してnavigation successを最大11.68%向上。 - 具体的なデータセットや評価環境の詳細は要旨からは不明。

5. 議論はある?

- 提案手法の有効性は示されているが、限界や失敗事例、計算コスト、リアルタイム性などの議論は要旨からは不明。 - コードとomnidirectional multimodal datasetを公開予定。

6. 次に読むべき論文は?

- flat-list baseline(比較対象として言及) - Dynamic Scene Graph (DSG) 関連研究 - persistent homology を用いたroom partitioning - VLM (Vision-Language Model) を活用したrelation verification - 一般的なvisual-language navigation (VLN) 手法

※ 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: Zhongyuang Liu, Min He, Shaonan Yu, Xinhang Xu, Muqing Cao, Jianping Li, Jianfei Yang, Lihua Xie

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Language-guided embodied navigation requires an agent to interpret object-referential instructions, search across multiple rooms, localize the referenced target, and execute reliable motion toward it. Existing systems remain limited in real indoor environments because narrow field-of-view sensing exposes only a partial local scene at each step, often forcing repeated rotations, delaying target discovery, and producing fragmented spatial understanding; meanwhile, directly prompting LLMs with dense 3D maps or exhaustive object lists quickly exceeds the context budget. We present OmniVLN, a zero-shot visual-language navigation framework that couples omnidirectional 3D perception with token-efficient hierarchical reasoning for both aerial and ground robots. OmniVLN fuses a rotating LiDAR and panoramic vision into a hardware-agnostic mapping stack, incrementally constructs a five-layer Dynamic Scene Graph (DSG) from mesh geometry to room- and building-level structure, and stabilizes high-level topology through persistent-homology-based room partitioning and hybrid geometric/VLM relation verification. For navigation, the global DSG is transformed into an agent-centric 3D octant representation with multi-resolution spatial attention prompting, enabling the LLM to progressively filter candidate rooms, infer egocentric orientation, localize target objects, and emit executable navigation primitives while preserving fine local detail and compact long-range memory. Experiments show that the proposed hierarchical interface improves spatial referring accuracy from 77.27\% to 93.18\%, reduces cumulative prompt tokens by up to 61.7\% in cluttered multi-room settings, and improves navigation success by up to 11.68\% over a flat-list baseline. We will release the code and an omnidirectional multimodal dataset to support reproducible research.

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