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感知、预测与规划合一:面向第一视角灵巧操作的统一世界动作模型P3-WAM

Zirui Wu, Chen Guo, Tianjian Jiang, Zeren Jiang, Zeming Li, Lingchen Yang, Longteng Duan, Ying Xue, Handi Yin, Shenyuan Gao, Martin R. Oswald, Jun Zhang, Ping Tan, Jie SongHKUST (Guangzhou), HKUST, Primatix, ETH Zurich, University of Oxford (VGG), University of St. Gallen
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这篇预印本构建了单一视频模型P3-WAM,既能从第一视角视频中还原三维手部动作,也能预测给定手部动作后的场景,还能仅凭文字指令同时规划动作及其结果视频。三种能力联合训练后各自均有提升,并在四个公开数据集上超过专用模型,但机器人应用目前仅有两个开环演示。

研究问题

把感知(还原手部与相机运动)、动作条件预测和目标导向规划放进同一个世界动作模型联合训练,是否比分别训练更好?

问题

用人类视频训练机器人通常需要三个独立模型:手部姿态估计器、动作条件视频预测器和规划器。各自训练的模型无法共享对手物交互的理解,而缺少显式三维动作的视频生成模型容易偏离指定动作。

既有方法

手部重建依赖HaMeR、Dyn-HaMR等估计器。DreamDojo、Hand2World、EgoSim等动作条件世界模型,以及Wan2.2、英伟达Cosmos 3等通用视频模型,能预测或生成视频,但不同时输出结构化的三维动作规划。

新方法

P3-WAM把手部和相机轨迹的紧凑三维表示接入预训练视频扩散Transformer(Wan2.2-Fun A14B-Control),采用共享权重的混合Transformer结构,加入模态专属适配和视频与动作之间的双向注意力。训练时随机遮蔽视频或动作,使同一模型学会由视频推动作(感知)、由动作生成视频(预测),以及由图像、指令和可选目标图同时生成两者(规划)。

结果

在相同训练步数下,与单模式训练相比,统一训练在EgoDex、ARCTIC、HOT3D和EgoLive上平均把相机坐标系手部误差降低23.5%,预测FVD从1106降至1010。在EgoDex上,相机坐标系手部误差为32.9毫米,HaMeR和Dyn-HaMR分别为112.9和115.5毫米。动作条件预测在四个数据集上全帧指标均居首,相对自身骨干模型平均PSNR从15.9提升至19.0分贝,FVD从1218降至622。规划方面,盲评的通义千问VLM给出指令遵循3.74分(满分5分),高于Wan2.2或Cosmos 3-Nano最佳设置的3.12分。

局限

作者指出,单目相机估计手部全局三维位置存在固有歧义,机器人执行为开环,无法自我纠正。机器人证据仅为重定向后的两个定性示例,没有成功率。规划质量由视觉语言模型打分而非任务完成率衡量,部分基线按各自的条件输入方式运行。

产业影响

世界动作模型是英伟达(Cosmos)、阿里巴巴(Wan)和人形机器人实验室的交汇点:既能想象结果又能输出动作的模型,可以生成训练数据,并在机器人动作前检验方案。论文显示把显式三维手部动作接入大型视频模型能提升保真度,对用人类视频搭建数据引擎的企业有参考价值。该模型以阿里Wan2.2为底座,作者来自港科大(广州)等机构,也说明国产视频大模型正成为具身智能研究的基础设施。目前仍处研究阶段,闭环机器人结果是下一个看点,预计需12至24个月。