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复旦邱锡鹏团队提出上下文世界建模 VLA无需微调适应新环境

时间:2026-07-02 10:35
视觉-语言-动作(VLA)模型存在一个长期困扰研究者的固有缺陷:在部署阶段,只要相机视角、安装位置或机器人本体发生细微变化,其性能就可能急剧下滑。过去常用的“上下文学习”方法往往只是将上下文作为示范来使用——让机器人观看人类完成一次任务,但模型并不真正理解整个系统是如何运作的。一旦环境发生变化,研究
视觉-语言-动作(VLA)模型存在一个长期困扰研究者的固有缺陷:在部署阶段,只要相机视角、安装位置或机器人本体发生细微变化,其性能就可能急剧下滑。过去常用的“上下文学习”方法往往只是将上下文作为示范来使用——让机器人观看人类完成一次任务,但模型并不真正理解整个系统是如何运作的。一旦环境发生变化,研究人员不得不重新采集数据、反复调整模型参数,既耗时又费力。 针对这一痛点,复旦大学邱锡鹏团队提出了一种创新方案——“上下文世界建模”(In-Context World Modeling,ICWM)。其核心思路十分简洁:在执行任务之前,先让机器人执行一段与任务无关的随机探测动作,然后将这段交互过程作为上下文输入模型,使其自行判断当前系统的配置。这样,后续的动作生成就不需要重新提供示范,也无需调整模型参数。


论文链接:https://arxiv.org/abs/2606.26025 在仿真和真实机器人实验中,ICWM 的整体表现均显著优于现有方法。它仅需少量随机探测动作,就能够在零额外示范、零参数更新的条件下适应新环境,同时在跨视角和跨配置场景下展现出了更强的泛化能力。

ICWM 是如何设计的?

与传统 VLA 模型相比,ICWM 的核心变革在于:它先根据交互上下文推断当前系统配置,然后才生成后续动作。整个流程分为训练和推理两个阶段。 **训练阶段**:团队在每个任务样本之前拼接一段与任务无关的交互片段,作为上下文输入。模型通过观察交互带来的画面变化,推断当前系统的配置。值得关注的是,ICWM 并未单独构建一个独立的世界模型,而是直接利用 VLA 主干网络处理这段交互历史。这种设计既简化了整体架构,又能使信息直接服务于动作预测。 **推理阶段**:机器人并不立即执行任务,而是先进行一轮主动探测——记录动作前后的观测变化,形成所谓的“交互上下文”。随后,模型将当前的上下文、画面以及任务指令一并作为输入,判断下一步应如何行动。


图|ICWM 的训练与推理流程概览。

实验结果

团队在跨视角、真实机器人以及多种分布外扰动场景下均进行了实验。结果表明,ICWM 借助交互上下文大幅增强了对新环境的适应能力,并且展现出向语义变化和机器人形态变化等场景扩展的潜力。

1. 仿真结果

在 LIBERO 仿真基准的跨视角实验中,ICWM 在已见视角和新视角下均优于基线方法。相比单纯依赖多视角训练的方法,它在已见视角下平均高出 8.1%,在新视角下平均高出 13.0%。即使直接将真实相机参数输入模型,其泛化表现依然不及 ICWM。在长时序任务中,ICWM 对累积误差的控制也更为出色。


图|在 LIBERO 基准上,已见视角与未见视角的成功率(%)。

2. 真实机器人实验

在 UR5e 真实机器人平台上,ICWM 同样明显优于基线方法。团队采用了一套 12 相机的多视角系统进行评估,任务涵盖堆叠、抓取、拾取、放置等操作。标准 VLA 对视角变化极为敏感——从训练视角切换到测试视角后,平均成功率从 68% 骤降至 17%,而 ICWM 的表现则稳定得多。


图|在 UR5e 平台上的真实世界评测。

定性结果同样引人注目:切换到新环境后,普通模型容易出现位置偏移、夹爪过早闭合等问题,而 ICWM 则基本保持稳定。


图|定性对比。

3. 消融与分析

消融实验证实,ICWM 的性能提升确实源于交互上下文,而非简单的模式匹配。去除图像信息后,模型表现下降最为严重——平均成功率从 25.0% 降至 10.9%;去除动作信息或不提供交互上下文,模型表现也会下降。更有趣的是,如果输入一段错误的上下文,模型表现甚至比没有上下文时更差。对照实验还表明,模型必须经过专门训练才能利用交互上下文适应环境;否则,即便在测试时提供相同信息,性能也几乎为零。


图|交互上下文消融实验。

从可视化结果来看,模型已经能够区分不同视角和配置:相同视角下的数据分布更加集中,不同视角之间的区分也更清晰。


图|不同分布外(OOD)视角下的 Ψ(T) 的 t-SNE 可视化。

团队还发现,ICWM 的效果并不依赖于某一种特定的探测方式。无论是采用随机探测,还是仅沿 XY、Z 或旋转方向运动,ICWM 均稳定优于对照方法,成功率提升约 15% 到 27%。泛化实验也显示,ICWM 对机器人形态变化具有较强的适应性,在语义扰动场景下同样有一定提升。


图|分布外(OOD)视角下,不同探测策略的成功率(%)。


图|对语义场景变化和机器人形态变化的鲁棒性。

不足与未来方向

ICWM 虽然显著提升了 VLA 在新环境中的适应能力,但团队也指出了几个局限性。 首先是极端视角问题。在部分极端视角条件下,ICWM 的性能提升仍然有限。原因是这些视角往往伴随着更严重的遮挡,操作目标在执行过程中也更容易短暂移出相机视野。后续需要结合多视角感知、主动视角调整以及更强的遮挡建模能力来突破。 其次是语义扰动场景。目前 ICWM 在这类场景下的提升仍比较有限——训练数据中的场景语义和组合配置还不够丰富。如果能进一步扩充场景语义和组合配置更丰富的训练数据,ICWM 在语义扰动场景中的表现有望继续提升。 更多技术细节,详见原论文。
来源:https://www.163.com/dy/article/L0MR6S230531E3NX.html
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