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世界モデルarXiv:2605.08279

LaWM: 最小作用世界モデルによる視覚観測からの長期物理整合性

LaWM: Least Action World Models for Long-Horizon Physical Consistency from Visual Observations

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視覚観測から学習する潜在世界モデルにおいて、最小作用の原理を潜在空間で実装し、将来の状態遷移を離散変分積分器で決定することで、長期ロールアウトの物理的整合性を向上させる手法を提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 視覚観測から予測的世界モデルを学習する枠組み。 - 潜在空間でPrinciple of Least Actionを実現するLaWMを提案。 - 未来のロールアウトを学習されたLagrangian action functionalで統制。 - 離散変分積分器により潜在遷移則を定義。 - 長期予測の物理的一貫性を目指す。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存のlatent world modelsは制約なしのneural transition functionで未来状態を生成。 - 現代のvideo generationは知覚的もっともらしさを優先、または補助損失・外部ガイダンス・別dynamicsモジュールで物理構造を導入。 - その結果、長期ロールアウトは物理原理に弱く基づき、誤差蓄積・energy drift・物理的不整合が生じる。 - LaWMは物理構造をスコアリング・正則化・制約ではなく、潜在遷移則そのものとして定義。 - 離散変分原理に基づく構造保存バイアスを長期視覚予測に提供。

3. 技術・手法の肝は?

- 観測を学習されたgeneralized coordinatesにエンコード。 - 連続する潜在状態間でlatent discrete Lagrangianを学習。 - 離散action functionalを構築。 - 対応する離散積分条件を解いて予測を進めるlatent variational integratorが中核。 - 物理構造が潜在遷移則を規定する。

4. どうやって有効だと検証した?

- physics-clean synthetic dynamicsとembodied robot interaction benchmarksで評価。 - video-generationおよびworld-modelベースラインと比較。 - physical invariance、background consistency、motion smoothness、appearanceおよびgeometric prediction metricsを改善。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。 - 限界や議論の詳細は記述されていない。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究:latent world models、video generation systems、model-based reinforcement learning、robotic planning。 - 関連手法:Principle of Least Action、Lagrangian action functional、latent variational integrator。

※ 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: Qixin Xiao, Maani Ghaffari

分類: cs.LG, cs.AI

原文アブストラクト

Learning predictive world models from visual observations is a core problem in embodied AI, with applications to model-based reinforcement learning and robotic planning. Existing latent world models typically generate future states with unconstrained neural transition functions, while modern video generation systems often prioritize perceptual plausibility or introduce physical structure through auxiliary losses, external guidance, or separate dynamics modules. As a result, long-horizon rollouts can remain weakly grounded in the physical principles that govern real dynamics, leading to compounding error, energy drift, and physically inconsistent futures. We propose Least Action World Models (LaWM), a latent world-modeling framework that operationalizes the Principle of Least Action in learned visual latent space: future rollouts are governed by a learned Lagrangian action functional rather than produced only by an unconstrained transition predictor. Our main technical realization is a latent variational integrator: LaWM encodes observations into learned generalized coordinates, learns a latent discrete Lagrangian over consecutive latent states, constructs a discrete action functional, and advances prediction by solving the corresponding discrete integration condition. Thus, physical structure is not merely used to score, regularize, or constrain a completed trajectory; it defines the latent transition rule itself. Because the transition is induced by a discrete variational principle, LaWM provides a structure-preserving bias for long-horizon visual prediction. Across physics-clean synthetic dynamics and embodied robot interaction benchmarks, LaWM improves physical invariance, background consistency, motion smoothness, and appearance and geometric prediction metrics over video-generation and world-model baselines.

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