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世界モデルarXiv:2610.39278

WorldFlow:大規模事前学習による動画と3D運動の同時予測

WorldFlow: Joint Video and 3D Motion Prediction via Large-Scale Pretraining

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動画とクエリベースの3D軌道を同時に生成する世界モデルを提案し、144万サンプルで学習して3D運動予測精度で既存手法を大きく上回った。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 何か - 将来の物理状態を予測する生成的世界モデル WorldFlow を提案 - 映像(video)とクエリベースの3D軌道(3D trajectories)を同時に予測 - 3D運動を映像グリッドに整列した連続変位トークン(displacement tokens)として表現 - 統一的な Mixture-of-Transformers (MoT) バックボーンで両モダリティを rectified-flow 目的で共同 denoise - 大規模事前学習(1.44M の object-level サンプル、sim/real 混在)を実施 - 評価用 WorldFlowBench(1,678 サンプル、11 データソース)も導入

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存 video world model は 3D dynamics が暗黙的 - 既存 action-based 定式化は特定の robot 構成に依存 - 既存 3D motion prediction は flow-only 監督で学習信号が限定的 - 本研究は映像と3D軌道を統合し、明示的な幾何ダイナミクスと視覚的変化を結合 - 事前学習済み video model に内在する physical commonsense を引き出す点が特徴 - flow-only 変種と比べ ADE 55.9% / FDE 68.5% 削減、SpatialCog で最強外部 baseline 比 ADE 54.2% 削減

3. 技術・手法の肝は?

- 3D運動を映像グリッドに整列した連続 displacement tokens としてパラメータ化 - 映像と3D軌道を単一の Mixture-of-Transformers (MoT) バックボーンで共同 denoise - rectified-flow 目的で両モダリティを学習 - クエリベースの3D軌道予測を採用 - 1.44M の object-level サンプル(simulated/real-world 混在)で大規模学習 - 詳細なアーキテクチャや学習手順は要旨からは不明

4. どうやって有効だと検証した?

- WorldFlowBench を新規構築(1,678 サンプル、11 データソース、sim/real の相互作用、spatial reasoning タスク含む) - 3つの評価セットすべてで学習ベース手法中 ADE/FDE が最小 - SpatialCog セットで ADE 0.060 m、最強外部 baseline 比 54.2% 削減 - flow-only 変種比で ADE 55.9%、FDE 68.5% 削減 - 具体的なベースライン名や実験設定の詳細は要旨からは不明

5. 議論はある?

- 映像と3D軌道の統合が物理ダイナミクス学習に有効であることを示唆 - 事前学習済み video model の physical commonsense 活用の可能性 - 大規模・異種データ混合でのスケーリング可能性 - 限界や失敗事例、計算コスト、real-world 展開の議論は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- flow-only の3D motion prediction 手法(比較対象の variant の元手法) - 既存 video world model(3D dynamics を暗黙的に扱うもの) - action-based な world model(特定 robot 構成に依存するもの) - rectified-flow を用いた生成モデル - Mixture-of-Transformers (MoT) 関連研究 - SpatialCog など spatial reasoning 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: Yuhao Lu, Jiongxu Chen, Hexiang Wei, Jiajin Wu, Juelin Li, Mingjian Liang, Fan Yang, Zhuowei Liang, Zihao Liu, Zhennan Wang, Sheng Wang, Lin Shao

分類: cs.CV, cs.AI, cs.RO

原文アブストラクト

Predicting future physical states stands as a central challenge in embodied intelligence. Existing video world models leave 3D dynamics implicit, action-based formulations remain tied to specific robot configurations, and 3D motion prediction models use flow-only supervision, providing a limited learning signal for physical dynamics. To circumvent these limitations, we introduce \method{}, a generative world model that jointly predicts future video and query-based 3D trajectories. By parameterizing 3D motion as continuous displacement tokens aligned with the video grid, a unified Mixture-of-Transformers (MoT) backbone jointly denoises both modalities under a rectified-flow objective. This formulation couples explicit geometric dynamics with visual evolution, effectively unlocking the physical commonsense embedded within pretrained video models. To empirically scale and validate this unified architecture, we train \method{} on a heterogeneous mixture of 1.44 million object-level samples spanning simulated and real-world domains. We further introduce WorldFlowBench, comprising 1,678 evaluation samples from 11 data sources across simulated and real-world interactions, including spatial reasoning tasks. Across all three evaluation sets, WorldFlow achieves the lowest average displacement error (ADE) and final displacement error (FDE) among the evaluated learning-based methods. Notably, on the challenging SpatialCog set, WorldFlow achieves an ADE of 0.060 m, a 54.2\% reduction compared with the strongest external baseline. It also reduces ADE and FDE by 55.9\% and 68.5\%, respectively, compared with its flow-only variant. Project page: https://worldflow-rbs.github.io/.

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