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世界モデルarXiv:2609.04264

JEPA型世界モデルのためのスペクトルターゲット物理潜在構造化

Spectral-Target Physical Latent Structuring for JEPA-Style World Models

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潜在世界モデルにおいて、表現崩壊は防げても物理的特性を捉えられない「物理表現の怠惰」という新たな失敗モードを特定し、フーリエ補助ヘッドによる訓練時補助で潜在空間を物理的に構造化し、計画性能を向上させる手法を提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

本論文は、JEPAスタイルの潜在世界モデル(latent world model)における新たな障害モード「physical representation laziness」を特定し、それを解決するための訓練時補助監視手法「Fourier auxiliary head」を提案する。この手法は、軽量なフーリエベースの補助ヘッドを用いて潜在空間に物理的に意味のある構造を強制し、推論時の追加コストなしに任意の環境へ適用可能である。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

先行研究のLeWorldModel (LeWM) は、SIGRegなどの正則化により表現崩壊(representation collapse)を防ぐが、本論文は正則化が崩壊を防いでも物理的特性を表現できない「physical representation laziness」という新たな失敗モードを指摘する。提案手法は、この問題を訓練時補助監視で直接的に解決する点が新しい。

3. 技術・手法の肝は?

手法の核心は、訓練時に潜在表現を物理的特性(例:位置、速度など)と相関させるための軽量な「Fourier auxiliary head」を追加すること。このヘッドはフーリエ特徴を用いて潜在状態から物理量を予測する補助損失を課し、潜在空間に物理的構造を埋め込む。推論時にはこのヘッドは不要で、追加コストなし。

4. どうやって有効だと検証した?

動的環境(highly dynamic environments)でベースラインのLeWMがphysical representation lazinessを示す状況で、提案手法が計画成功率を大幅に向上させることを実験で示した。また、ベースラインがlazinessを示さない環境でもわずかな改善が見られた。さらに、計画性能の向上が潜在空間と物理的特性の相関の高さと一致すること、低データ領域で特に効果的であることを確認した。

5. 議論はある?

要旨からは、提案手法が物理的構造を強制することで計画性能が向上するメカニズムの詳細や、フーリエ特徴の選択の影響、他の正則化手法との組み合わせ効果などについての議論は不明。また、物理的特性の定義が環境に依存する可能性や、補助ヘッドの設計の一般性についての限界も議論されていない。

6. 次に読むべき論文は?

要旨で参照されているLeWorldModel (LeWM) とSIGRegに関する論文が次に読むべき候補。また、JEPAスタイルの世界モデル全般、特に潜在空間での計画手法(例:Dreamer, TD-MPC)や表現崩壊防止のための正則化手法(VICReg, Barlow Twins)も関連する。

※ 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: Penghao Zhu, Salvatore Penachio, Kaustav Mukherjee, Aneesh Jonelagadda

分類: cs.LG

原文アブストラクト

Latent world models have become increasingly popular as a method to predict and plan in latent space rather than pixel space. Recent architectures, such as LeWorldModel (LeWM), jointly train the encoder and predictor using regularization techniques like SIGReg to prevent representation collapse. Even with such regularization preventing representation collapse, we identify a new world model failure mode of \textit{physical representation laziness}, particularly noted in highly dynamic environments. For these lazy cases, the learned latent states do not collapse but nonetheless fail to represent key physical properties, causing ubiquitous downstream planning failure. To resolve this issue, we propose training-time auxiliary supervision with a lightweight "Fourier auxiliary head", which enforces physically-informed structuring of the latent space with no additional inference-time cost and can be generalized to any environment. Experimentally, we show that the auxiliary head substantially improves planning success rates in dynamic environments where the baseline LeWM exhibits physical representation laziness. It also leads to modest improvements in other environments, even when the baseline does not exhibit physical representation laziness. We further observe superior planning performance being accompanied by higher latent space correlations with key physical properties, indicating both the ability of our method to physically structure latent states and the potential planning-side benefit to the learned representation being physically structured. We also see in low-data regimes, auxiliary supervision is particularly impactful in increasing success rate. These findings support the use of our Fourier auxiliary head method to improve both overall success rate and data efficiency, while avoiding representation laziness in latent world models.

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