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ワールドモデルarXiv:2610.24534

長期予測のための構造化潜在ダイナミクスを持つ身体性ワールドモデル

Structured Latent Dynamics for Long-Horizon Embodied World Models

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ワールドモデルの潜在状態を一般化座標と運動量からなる位相空間で表現し、散逸ハミルトン力学で遷移させることで、長期予測の安定性と物理的一貫性を向上させた研究。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 本論文は、embodied world model における長期予測の安定性を高めるための構造化潜在ダイナミクスフレームワーク HWM を提案する。 - 潜在状態を学習された phase space(generalized coordinates と momenta)で表現し、dissipative Hamiltonian dynamics で未来状態を伝播する。 - 既存の world-model アーキテクチャの perception/decoding を再設計せずに組み込める点を特徴とする。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の生成的 world model は action-conditioned な未来を視覚的に生成できるが、潜在ダイナミクスを制約なしの transition module で学習するため、再帰的な roll-forward で物理的整合性から徐々に逸脱しうる。 - HWM は潜在状態の進化を明示的に構造化することで、長期 horizon での安定性と有用性を改善する。 - 既存アーキテクチャに後付け可能な点が先行研究との差異として示される。

3. 技術・手法の肝は?

- backbone latents を generalized coordinates と momenta からなる学習済み phase space に写像する。 - 未来状態は dissipative Hamiltonian dynamics により伝播し、learnable inverse interface を通じて元の latent representation に戻す。 - multi-step transition supervision により、構造化 rollout が実観測由来の latent trajectory と整合するよう学習する。

4. どうやって有効だと検証した?

- 制御された simulation 実験で、unstructured latent dynamics と比較して velocity・acceleration・jerk の推定精度が向上し、長期 energy drift が大幅に減少することを示す。 - 3 つの embodied world-model 設定で評価:Ctrl-World による single-arm multi-view、EVAC による dual-arm single-view、Cosmos-Predict2.5-2B による task-oriented single-arm。 - RoboCasa では Cosmos-Predict2.5-2B に HWM を組み込み task success が相対 2.7% 改善。実世界 AgiBot World trajectories では Ctrl-World で nDTW が 9.7%、EVAC で Logic が 8.4% 改善。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。 - 制御 simulation と複数設定の実世界 trajectory 評価で有効性を示すが、限界や失敗ケース、計算コスト、一般化可能性についての議論は要旨に明示されていない。

6. 次に読むべき論文は?

- Ctrl-World、EVAC、Cosmos-Predict2.5-2B の各 world-model 論文。 - dissipative Hamiltonian dynamics や Hamiltonian neural networks など、物理構造を潜在ダイナミクスに組み込む関連研究。 - RoboCasa および AgiBot World のデータセット/ベンチマーク論文。

※ 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: Kevin Chen, Yu-Wei Zhan, Haoran Liang, Sen Cui, Changshui Zhang

分類: cs.LG, cs.CV

原文アブストラクト

Reliable long-horizon prediction remains a central challenge for embodied world models. Although recent generative models can synthesize visually plausible action-conditioned futures, their latent dynamics are typically learned through unconstrained transition modules, which may gradually deviate from coherent physical evolution as predictions are recursively rolled forward. We investigate whether explicitly structuring latent state evolution can improve the stability and utility of such imagined trajectories. To this end, we introduce HWM, a structured dynamics framework that represents backbone latents in a learned phase space consisting of generalized coordinates and momenta. Future states are propagated through dissipative Hamiltonian dynamics and mapped back to the original latent representation through a learnable inverse interface. The resulting formulation can be integrated into existing world-model architectures without redesigning their perception or decoding components, while multi-step transition supervision encourages the structured rollout to remain aligned with the latent trajectories induced by real observations. Controlled simulation experiments show that HWM produces more accurate estimates of velocity, acceleration, and jerk and substantially reduces long-horizon energy drift relative to unstructured latent dynamics. We further evaluate the approach across three distinct embodied world-model settings, covering single-arm multi-view prediction with Ctrl-World, dual-arm single-view prediction with EVAC, and task-oriented single-arm prediction with Cosmos-Predict2.5-2B. On RoboCasa, incorporating HWM into Cosmos-Predict2.5-2B yields a 2.7% relative improvement in task success. On real-world AgiBot World trajectories, it improves nDTW by 9.7% with Ctrl-World and Logic by 8.4% with EVAC.

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