news 2026/7/11 4:35:24

OMNIDRIVE:一种由LLM协同的多智体世界模型,采用统一潜协压缩技术,用于多视角驾驶视频生成

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张小明

前端开发工程师

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文章封面图
OMNIDRIVE:一种由LLM协同的多智体世界模型,采用统一潜协压缩技术,用于多视角驾驶视频生成

26年6月来自北大、厦门大学、韩国KAIST、台大、武汉大学、武汉理工、清华和福建厦门集美大学的论文“OMNIDRIVE: An LLM-choreographed Multi-agent World Model With Unified Latent Co-compression For Multi-view Driving Video Generation”。

面向自动驾驶的生成式世界模型面临两大未解难题:一是异构控制输入问题,即自由形式语言、高精地图、轨迹和相机位姿处于互不兼容的表征空间中;二是事后跨视角融合问题,即各相机的潜表征(latents)无法有效编码全局三维几何结构。这两者归结为同一根源:缺乏一种能在潜Token(latent-token)层面将语言、几何与像素对齐的共享符号化中间语言。为此,提出 OMNIDRIVE,这是一个由大语言模型(LLM)协同调度的多智体世界模型,它将可控多视角视频生成重新定义为一种“潜空间编排”过程。该模型由三个 Qwen2.5-VL 智体协同构建一个具备位置-觉察能力的单一 Token 序列:架构师(ARCHITECT)负责将用户意图解析为结构化的世界脚本(WORLDSCRIPT);制图师(CARTOGRAPHER)将其映射为具有空间锚定属性的布局 Token;审计员(AUDITOR)则提供跨视角评估反馈作为辅助监督信号。该序列与多视角视频数据通过一种“视角-时间”置换机制进行联合压缩,从而在 3D 变分自编码器(VAE)的卷积感受野内强制建立相机间的几何约束。


如图1 所示OMNIDRIVE 架构概览。(a) 多智体主管(Multi-Agent Director):架构师(ARCHITECT)将提示词解析为结构化的 WORLDSCRIPT;制图师(CARTOGRAPHER)渲染多相机布局;审核师(AUDITOR)生成跨视图评估意见。(b) 联合潜空间压缩(Latent Co-Compression):利用具备“视图-块-觉察填充”(view-block-aware padding)特性的 3D VAE,对 RGB 帧与布局进行联合编码。© 协同编排的 MM-DiT:将联合压缩后的潜表示切分为图块(patch),并与由智体生成的语义、几何、时序及评估流拼接,构成驱动 MM-DiT 的统一 Token 序列。底部条形图展示位置 Token 的编码方案。生成过程通过修正流(rectified-flow)ODE 求解。

OMNIDRIVE 摒弃传统的“提示词(prompt)→ 编码器(encoder)”单体流水线,转而采用由三个紧密耦合的 Qwen2.5-VL 智体组成的系统,共同构建条件序列。至关重要的是,每个智体的输出都位于与视觉潜变量相同的空间位置网格中,这意味着这些智体不仅是在生成过程之前发挥作用,而是直接参与到生成过程之中。

智体 A —— ARCHITECT。给定自由形式的用户提示p_usr(以及可选的多视图参考图像),ARCHITECT 执行结构化信息提取 [28, 58],生成长度受限的 WORLDSCRIPT JSON。

ARCHITECT 模型在元提示(meta-prompt)m 的约束下运行,该提示固定 JSON 键(keys)及值(values)的词汇表,从而确保 Token 边界的确定性。利用冻结参数的 Qwen2.5-VL 文本头(text head)对渲染后的文本进行嵌入,随后通过线性投影 W_txt 处理,得到 C^sem。
智体 B —— 制图器(CARTOGRAPHER)。制图器将WORLDSCRIPT转化为几何形式。针对每一对 (n, t),它会以程序化方式渲染出一张稀疏布局图像 Igeo_n,t,其中包含:(a) 基于相机 n 的外参,利用固定的类别颜色表(即车道、可行驶区域、人行横道等)将高精地图(HD-map)栅格化;(b) 利用投影函数 π(K_n, R_n, t_n, b_k) 将每个 3D 边框 b_k 投影到图像上,并绘制带有类别编码轮廓线的边框;© 绘制自车轨迹带 E_ego。完整的图像集合 {Igeo_n,t} 经历与 RGB 视频流相同的“视角-时间”排列变换,并生成几何 Token 序列 Cgeo,其索引方式与视觉 Token 序列 X 一致。相机外参 (R_n, t_n) 被表征为 6 维 Plücker 射线,经由双层 MLP 嵌入为每个相机对应的一个单一 Token ccam_n,并最终与 Csem拼接在一起。

智体 C —— 评估器(AUDITOR)。在训练阶段,每生成一个扩散样本后,评估者会接收解码后的多视角裁剪图像以及WORLD-SCRIPT,并输出结构化评估结果 R = {(r_ij, a_ij)}_i<j;其中 r_ij 表示同一物理时刻下相机 i 与 j 之间的感知一致性得分,a_ij 标注主要的失效模式(例如:色彩漂移、重影、拓扑错位)。将 R 嵌入为评估token Crev,并增加一个辅助目标,引导 v_θ 向评估器的建议靠拢。在推理阶段,评估器可选择性地参与测试时校正:它对中间样本进行评分,若 r̄_ij < τ,则触发单次精修步骤。

这三个智体在 Token 坐标层面与扩散模型(diffuser)相绑定:C^geo 与 X 共享位置索引;C^rev 提供可微分的监督信号,该信号反向传播至 v_theta;而 C^sem 则位于同一坐标系下的偏移位置区域。移除其中任何一个智体,都会导致可控性或跨视图一致性显著下降。

潜联合压缩

表征基础的核心在于对 RGB 立方体和 CARTOGRAPHER 几何立方体联合施加的一种视点级(view-time)置换操作Π。置换的张量被输入到一个在通用视频 [23] 上预训练过的单一 3D VAE 编码器 E_phi 中(无需修改网络架构);其中,仅对最后的残差块进行微调,而所有其他权重均直接迁移使用,因为置换操作 Π 仅仅改变索引的顺序。为了利用物理同步性,还在同一时刻捕获的不同视点间共享噪声终点,即 z^(n,t)_1 = z^(n’,t)_1;这在 s ≈1 时将跨视点光度方差降低一半,且不会限制渐近分布。

针对伪时间栈的三个常见理论问题,总结一下。(i) 感受野正确性:在最高分辨率下,宽度为 r_t = 3 的时间核始终小于 N = 6 个摄像头,并且通过可学习的、视图-块-觉察的填充算子 VBP(·) 来屏蔽跨越视图边界的权重。(ii) 方差缩减:当核触及 k ≤ r_t 个同一时刻的视图时,沿伪时间轴的平均池化会减少方差;(iii) Lipschitz 不变性:由于 Π是正交置换,因此 Lip(E_phi) 以及流形 M_z 上的修正流(rectified-flow)ODE 均得以保持。综合来看,这些特性使得 Π 在最差情况(视图不相关)下表现为恒等变换(no-op),而在典型情况(同一时刻视图共享全局语义)下则充当正则化项——这正是期望的行为。

MM-DiT 中的协同生成

协同压缩后的潜变量 z_0 经由 3D 卷积被切分为 Token 序列 X = {x_l},其中每个 Token 均携带一个 3D RoPE 索引π(t, i, j)。随后,所有由智体(agent)生成的条件被拼接成一个单一的确定性序列 S。

在 MM-DiT 中,多模态注意机制通过引入可控偏置进行增强,该偏置仅应用于 X 与 Cgeo之间的跨模态模块(cross-block)。

通过将各种模态投影至统一的 Token 网格,并将几何 Token 绑定到像素坐标,将 K 分支交叉注意机制转化为具有显式位置对齐特性的单一自注意机制;该方法在 mIoU 指标上较 ControlNet 变体提升 5.6,较加性交叉注意提升 3.1。

训练与推理

训练过程结合条件流匹配(CFM)损失 L_CFM 与两个正则化项,即平滑项 L_sm 和审计损失 L_rev。

基于 SD3 [7] 进行初始化,并在 nuScenes [3] 数据集上进行训练,输入分辨率为 1280×880,序列长度为 32 帧,使用 32 块 H200 GPU。训练采用三阶段课程学习策略(仅语义 → +几何 → +审计,总计 800k 次迭代),逐步激活各条件输入流。在推理阶段,用 K=2 步 Heun 方法(预测-校正)对修正流(rectified-flow)ODE 进行积分(从 s=1 到 0)。“图像到视频”的条件生成任务被视为基于首帧多视图图像预测后续帧的过程——该模型并非自回归模型,也不采用流式 Token 处理方式。此外,采用一次性光度匹配(one-shot photometric matching)[41] 将重叠视场与 nuScenes 数据集中已标定的传感器偏移量进行对齐。


设置

仅使用 nuScenes [3] 数据集的 700 场景训练集(包含 6 个摄像头、12 Hz 插值、填补间隙后约 3 万个片段)进行训练,并在 150 场景验证集上进行评估。图像和视频层面的保真度评估遵循 VBench/VBench++/VBench-2.0 协议 [17, 18, 68];多视图一致性按视图评分,并在对应时间戳处取平均值。

此外,引入两个位姿-觉察的指标:EPC(基于真值外参计算的对极光度误差)和 OFC(对极对应点上的 DINOv2 余弦相似度),并通过 BEVFormer [27] 的 mAP/mIoU 以及 VBench-2.0 的 Scene/AS [68] 指标来评估可控性。所有三个智体共用一个 Qwen2.5-VL-7B-Instruct [2] 服务器,分摊计算成本为 0.07 秒/样本。将本方法与 12 个已发表的基线模型 [4, 10, 11, 20, 21, 25, 34, 42, 51, 53, 56, 65] 进行了比较,并仅报告了在各基线模型既定分辨率和帧数设置下针对 6 摄像头的评估结果。

实现细节

ARCHITECT 将自由形式的用户提示词 p_usr(可选择搭配多视图参考图像)转换为长度受限的 WORLDSCRIPT JSON,以此驱动后续所有的生成过程。该组件具体实现为一个冻结参数的 Qwen2.5-VL-7B-Instruct [2] 模型,通过 vLLM 部署并采用严格确定性的解码策略(temperature=0、top_p=1、固定随机种子),从而确保相同的提示词始终生成相同的 WORLDSCRIPT,以保证结果的可复现性。

CARTOGRAPHER 负责将符号化表征 WORLDSCRIPT 转化为像素对齐的几何形态。针对每一组相机-时间对 (n,t)(其中 n {1, . . . , N} 且 t {1, . . . T}),它会渲染出一幅稀疏布局图像 I^geo_n,t。

AUDITOR 通过在训练期间提供跨视图的评估反馈信号,以及在推理阶段提供可选的修正操作,从而闭合智体交互回路。在每次扩散采样完成后,它会接收解码后的多视图裁剪图像及 WORLDSCRIPT,并生成结构化的评估结果 R = {(r_ij, a_ij)_i<j。

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