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VLAarXiv:2608.01899

SpatioLM: 視覚言語モデルにおける汎用物理空間知能の実現

SpatioLM: Towards General Physical Spatial Intelligence in Vision-Language Models

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視覚言語モデルに追加の3D入力や外部エンコーダを使わず、パラメータ効率的なモジュールと擬似深度・カメラ情報の教師信号で空間推論能力を強化し、汎用性能の低下を抑えつつ空間知能を向上させた。

詳しい要約

1. どんなもの?

SpatioLMは、Vision-Language Models (VLMs)の空間知能を向上させるためのパラメータ効率的な手法を提案する。外部の3D prior入力やサードパーティの空間エンコーダを追加せずに、VLMに内在する空間知識を引き出すプラグアンドプレイで非侵襲的なspatio-visionモジュールを設計する。さらに、擬似深度とカメラ情報を教師信号として用い、物理的に一貫した表現の学習を導く。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

既存のVLMsは空間推論に弱く、多くの解決策は追加の3D prior入力や外部の空間エンコーダを導入するが、これらは複雑さを増し、空間ファインチューニング後にVLMの汎用能力を低下させる。SpatioLMはこれらの追加要素を不要にし、パラメータ効率的なモジュールで空間知能を向上させつつ、汎用能力の低下を抑える点が優れている。

3. 技術・手法の肝は?

手法の肝は、プラグアンドプレイで非侵襲的なspatio-visionモジュールをVLMに統合し、空間知識を引き出すこと。さらに、擬似深度とカメラ情報を教師信号として使用し、モデルが物理的に一貫した表現を学習するよう導く点。これにより、外部の3D priorやエンコーダを必要とせず、パラメータ効率的に空間知能を強化する。

4. どうやって有効だと検証した?

多様なタスク(空間知覚、空間理解)で実験を行い、SpatioLMが大幅な改善を示すことを確認。特にVSI-Benchで71.6点を達成し、初めて70点を超えた。また、embodied manipulationタスクに転移した際も競争力のある性能を発揮した。

5. 議論はある?

要旨からは、SpatioLMが汎用能力の低下を効果的に制限すると述べられているが、具体的な低下の程度や、他のタスクへの影響についての詳細は不明。また、擬似深度とカメラ情報の生成方法や、その精度が結果に与える影響についての議論は要旨に含まれていない。

6. 次に読むべき論文は?

要旨で参照されているVSI-Benchや、embodied manipulationタスクに関連する研究。また、VLMsの空間推論に関する既存研究(例:3D priorを利用する手法や外部空間エンコーダを用いる手法)が関連する。具体的な論文名は要旨に明記されていないため、同分野の定番として、空間推論ベンチマークやVLMの空間理解に関する論文を挙げる。

※ 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: Jing Wu, Jianhua Wu, Jiayi Guan, Jiahong Chen, Jinghui Lu, Hangjun Ye, Bingzhao Gao, Long Chen

分類: cs.CV, cs.CL, cs.LG

原文アブストラクト

Vision-Language Models (VLMs) perform well on commonsense reasoning tasks but struggle with visual spatial reasoning. Most existing solutions introduce extra 3D prior inputs or external spatial encoders, which increase complexity and degrade the underlying VLMs' general-purpose capabilities after spatial fine-tuning. To this end, we propose a parameter-efficient \textit{\textbf{Spatio}-vision \textbf{L}anguage \textbf{M}odels (SpatioLM)}, that enhances spatial intelligence without extra 3D prior inputs or third-party spatial encoders. Concretely, we design a plug-and-play and non-invasive spatio-vision module that elicits the spatial knowledge inherent in VLMs. Furthermore, we innovatively leverage pseudo depth and camera information as supervision to guide the model in learning physically coherent representations. Extensive experiments show that SpatioLM achieves significant improvements in diverse tasks, including spatial perception and understanding while effectively limiting the degradation of general capabilities. Notably, the model achieves an impressive score of 71.6 on the VSI-Bench (the first model to surpass 70). In addition, it attains competitive performance when transferred to embodied manipulation tasks. Code is available at \href{https://github.com/xiaomi-research/spatio-lm}{\faGithub~spatio-lm}.

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