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サーベイarXiv:2606.00133

ワールドモデル:アーキテクチャ、方法論、推論パラダイム、応用に関する包括的サーベイ

World Models: A Comprehensive Survey of Architectures, Methodologies, Reasoning Paradigms, and Applications

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環境の構造とダイナミクスを学習する内部シミュレータであるワールドモデルについて、アーキテクチャ、方法論、推論戦略、応用領域の4軸で分類する包括的なサーベイを提供する。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 本論文は World Models に関する包括的サーベイ。 - 内部シミュレータとして環境の構造と動態を学習する World Models を、AGI 追求の中心的パラダイムと位置づける。 - 強化学習、ロボティクス、自動運転、動画生成などでの急速な進展を整理。 - アーキテクチャ、学習法、推論機構、応用設定を統合する統一枠組みが欠如していると指摘。 - 4次元の多軸タクソノミーを提案。 - アーキテクチャ: 表現形式、動態定式化、入力モダリティ、学習パラダイム、下流応用。 - 手法ファミリー: state-space、recurrent、transformer、diffusion、physics-informed、language-augmented multimodal。 - 推論戦略: imagination-based planning、latent policy learning、counterfactual reasoning、不確実性下の計画。 - 応用領域: ロボティクス、自動運転、動画予測、マルチモーダルエージェント、強化学習、科学モデリング、医…

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存研究は個別領域ごとの進展はあるが、アーキテクチャ・学習法・推論・応用を横断する統一枠組みが欠如。 - 本サーベイは4次元の多軸タクソノミーを導入し、分野全体を統合的に整理。 - 各次元の相互作用を検討し、chain-of-thought reasoning と world-model imagination の最近の収束を指摘。 - 評価プロトコルとベンチマークをレビューし、課題を同定。 - 単なる手法列挙ではなく、次元間の関係性と将来方向を提示する点が新しい。

3. 技術・手法の肝は?

- 4次元の多軸タクソノミーが中核。 - アーキテクチャ: 表現形式、動態定式化、入力モダリティ、学習パラダイム、下流応用。 - 手法ファミリー: state-space、recurrent、transformer、diffusion、physics-informed、language-augmented multimodal。 - 推論戦略: imagination-based planning、latent policy learning、counterfactual reasoning、不確実性下の計画。 - 応用領域: ロボティクス、自動運転、動画予測、マルチモーダルエージェント、強化学習、科学モデリング、医療画像、教育測定、ビジネス・金融。 - 認知科学の基礎から PlaNet、Dreamer 系、MuZero、Sora、Cosmos、Genie などのマイルストーンを辿り、次元間の相互作用を分析。 - chain-of-thought reasoning と world-model imagination の収束を検討。 - 評価プロトコルとベンチマークをレ…

4. どうやって有効だと検証した?

- 要旨からは不明。 - 本サーベイは評価プロトコルとベンチマークをレビューし、課題を同定すると述べているが、具体的な検証方法や実験結果は要旨に記載なし。

5. 議論はある?

- 持続的課題として compounding prediction errors、sim-to-real transfer、fragmented evaluation を同定。 - 将来方向として unified multimodal world models、foundation-scale interactive simulators、安全クリティカル領域での安全な展開を提示。 - 評価プロトコルとベンチマークのレビューを通じて、分野の断片化を議論。

6. 次に読むべき論文は?

- PlaNet - Dreamer 系 - MuZero - Sora - Cosmos - Genie - chain-of-thought reasoning 関連研究 - state-space、recurrent、transformer、diffusion、physics-informed、language-augmented multimodal の各手法 - 強化学習、ロボティクス、自動運転、動画生成、マルチモーダルエージェント、科学モデリング、医療画像、教育測定、ビジネス・金融の応用研究

※ 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: Arif Hassan Zidan, Yi Pan, Hanqi Jiang, Ruiyu Yan, Wei Ruan, Zihao Wu, Lifeng Chen, Weihang You, Xinliang Li, Bowen Chen, Huawen Hu, Peilong Wang, Sizhuang Liu, Jing Zhang, Siyuan Li, Zhengliang Liu, Yu Bao, Lin Zhao, Lichao Sun, Dajiang Zhu, Xiang Li, Jinglei Lv, Quanzheng Li, Wei Liu, Tianming Liu, Wei Zhang

分類: cs.LG, cs.ET

原文アブストラクト

World models, internal simulators that learn the structure and dynamics of an environment, have emerged as a central paradigm in the pursuit of artificial general intelligence, enabling agents to predict, plan, and reason within learned representations. Despite rapid progress across reinforcement learning, robotics, autonomous driving, and video generation, the field lacks a unified framework integrating its diverse architectural choices, training methods, reasoning mechanisms, and application settings. This survey addresses that gap with a multi-axis taxonomy organized along four dimensions: (i) architecture, encompassing representation format, dynamics formulation, input modality, learning paradigm, and downstream application; (ii) methodological family, including state-space and recurrent approaches, transformer-based models, diffusion-based generators, physics-informed networks, and language-augmented multimodal systems; (iii) reasoning strategy, covering imagination-based planning, latent policy learning, counterfactual reasoning, and planning under uncertainty; and (iv) application domain, spanning robotics, autonomous driving, video prediction, multimodal agents, reinforcement learning, scientific modeling, medical imaging, educational measurement, and business and finance. Tracing the field from early cognitive-science foundations to milestone systems such as PlaNet, the Dreamer family, MuZero, Sora, Cosmos, and Genie, we examine how these dimensions interact and highlight the recent convergence of chain-of-thought reasoning with world-model imagination. We review evaluation protocols and benchmarks, identify persistent challenges such as compounding prediction errors, sim-to-real transfer, and fragmented evaluation, and outline future directions toward unified multimodal world models, foundation-scale interactive simulators, and safe deployment in safety-critical domains.

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