華為、理想、特斯拉、商湯的世界模型是做什么用的？

最近世界模型（World Model）很火，甚至有人說世界模型是終極自動駕駛解決方案，實(shí)際上它只是端到端大模型的一種，和VLM沒有本質(zhì)區(qū)別。目前的研究基本都集中在用世界模型生成視頻或其他連續(xù)時(shí)間序列上的可視化數(shù)據(jù)，再用這些視頻訓(xùn)練傳統(tǒng)或端到端的自動駕駛模型，幾乎沒有人研究直接用世界模型做自動駕駛的。即便是視頻生成，也還是處于實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)研究階段。

為什么要做世界模型，它實(shí)際上是端到端自動駕駛的閉環(huán)仿真，世界模型可以看做VLM的逆向工程，用prompt這些文字提示輸出視頻。世界模型和端到端模型是一個(gè)互相幫助的過程，世界模型生成的視頻交給車端大模型，車端大模型通過它的規(guī)劃執(zhí)行接下來的動作，接下來的動作產(chǎn)生新的場景、新的視角，再通過世界模型繼續(xù)生成新的數(shù)據(jù)，進(jìn)行閉環(huán)仿真的測試。

不同于CARLA這些測試型仿真，世界模型是訓(xùn)練型仿真，它要達(dá)到海量規(guī)模才有價(jià)值。

世界模型生成視頻可以是自監(jiān)督的，無需3D標(biāo)簽，可以使用海量網(wǎng)絡(luò)汽車駕駛視頻。最重要的是它可以生成現(xiàn)實(shí)世界中極難采集到的長尾視頻，這是其核心價(jià)值。換句話說它生成的視頻價(jià)值是現(xiàn)實(shí)世界采集到的視頻數(shù)據(jù)的價(jià)值百倍以上，但成本是其1%不到。

所謂世界模型就是視頻生成加prompt控制。視頻生成有四大類型，包括基于對抗網(wǎng)絡(luò)GAN的，基于擴(kuò)散模型的，基于自回歸模型（基本上就是transformer）和基于掩碼的。其中，擴(kuò)散模型再分為Stable Video Diffusion (SVD)和Stable Diffusion (SD)兩種，它們還有一種共同的稱呼即隱擴(kuò)散模型（Latent Diffusion Model, LDM）。

目前也有結(jié)合diffusion和transformer的模型即DiT，但它本質(zhì)上還是擴(kuò)散模型，只不過用transformer替換了擴(kuò)散模型中的Unet。大名鼎鼎的SORA則是復(fù)合型，Sora模型的核心組成包括Diffusion Transformer（DiT）、Variational Autoencoder（VAE）和Vision Transformer（ViT）。DiT負(fù)責(zé)從噪聲數(shù)據(jù)中恢復(fù)出原始的視頻數(shù)據(jù)，VAE用于將視頻數(shù)據(jù)壓縮為潛在表示，而ViT則用于將視頻幀轉(zhuǎn)換為特征向量以供DiT處理。據(jù)說特斯拉就是用的SVD。

基于世界模型的端到端訓(xùn)練

生成視頻的質(zhì)量分為兩部分，一是視頻本身的準(zhǔn)確度，主要指標(biāo)有三個(gè)，一個(gè)是FID/FVD，另一個(gè)是CLIP得分。FID（Fréchet Inception Distance）是一種用于評估生成模型，尤其是在圖像生成任務(wù)中，生成圖像的質(zhì)量和多樣性的指標(biāo)。它通過比較生成圖像與真實(shí)圖像在特定空間內(nèi)的分布來工作。這個(gè)特定的空間通常是通過預(yù)訓(xùn)練的Inception網(wǎng)絡(luò)的某一層來定義的。

對于生成圖像集和真實(shí)圖像集，分別通過Inception網(wǎng)絡(luò)（通常是Inception V3模型）計(jì)算它們的特征表示。這一步驟會得到每個(gè)圖像集的特征向量，計(jì)算每個(gè)集合的特征向量的均值和協(xié)方差矩陣，并做對比，都是高等數(shù)學(xué)的課程，這里就不展開說了。FVD和FID接近，相當(dāng)于把FID的圖像特征提取網(wǎng)絡(luò)換成視頻特征提取網(wǎng)絡(luò)，其他都差不多。最后一個(gè)是北大提出來的，就是Trajectory Agent IoU (NTA-IoU)，與設(shè)定軌跡的交并比，Novel Trajectory Lane IoU (NTL-IoU)，與設(shè)定車道的交并比。

二是視頻本身的長度、幀率和分辨率，要盡可能與傳統(tǒng)自動駕駛訓(xùn)練視頻達(dá)到一致的幀率和分辨率。

目前世界模型生成視頻的方向有兩個(gè)，一個(gè)是追求更長、更多視角、更高分辨率，代表作有商湯的《InfinityDrive: Breaking Time Limits in Driving World Models》，華為的《MagicDriveDiT: High-Resolution Long Video Generation》，Wayve的GAIA-1，地平線的DrivingWorld。另一個(gè)是追求近乎真實(shí)的3D場景渲染，理想在這方面情有獨(dú)鐘，理想的Street Gaussians、ReconDreamer、DriveDreamer4D都是這個(gè)方向，也是這個(gè)領(lǐng)域的主要代表作。

特斯拉用的什么世界模型，自然是未知，也許它根本就沒用世界模型。

注：“Ours”指的就是InfinityDrive，圖片來源：商湯論文《InfinityDrive: Breaking Time Limits in Driving World Models》

圖片來源：華為的MagicDriveDiT

華為不僅能生成超高分辨率，還能生成多個(gè)角度的視頻。

數(shù)據(jù)來源：地平線的DrivingWorld，數(shù)據(jù)尺度比較大，分辨率也很高

我們再來看另一條3D渲染線，它的核心應(yīng)該說有點(diǎn)偏離世界模型的本來意義了，它是追求接近真實(shí)的3D渲染，基本上是理想汽車的獨(dú)角戲。

三個(gè)比較有價(jià)值的模型基本都有理想汽車的身影，第一個(gè)是Street Gaussians: Modeling Dynamic Urban Scenes with Gaussian Splatting，浙江大學(xué)和理想汽車合作，九位作者，其中來自理想汽車的作者占四位。

第二個(gè)是DriveDreamer4D: World Models Are Effective Data Machines for 4D Driving Scene Representation，由極佳科技聯(lián)合中國科學(xué)院自動化研究所、理想汽車、北京大學(xué)、慕尼黑工業(yè)大學(xué)等單位提出，十二位作者兩位來自理想汽車。

第三個(gè)是ReconDreamer: Crafting World Models for Driving Scene Reconstruction via Online Restoration，總共十六位作者，其中來自理想汽車的多達(dá)八位，來自極佳科技的有六位。

可以看到，理想汽車與極佳科技合作的最新成果就是ReconDremaer，純粹StreetGaussians的話，一旦偏離中心視角，容易出現(xiàn)空洞或鬼影，車道線也出現(xiàn)扭曲。

ReconDreamer整體框架

除了生成視頻，還有生成激光雷達(dá)點(diǎn)云視頻，如理想與澳門大學(xué)合作的《OLiDM: Object-aware LiDAR Diffusion Models for Autonomous Driving》，還有生成語義分割圖的《SynDiff-AD: Improving Semantic Segmentation and End-to-End Autonomous Driving with Synthetic Data from Latent Diffusion Models》。

OLiDM的整體框架

世界模型生成激光雷達(dá)點(diǎn)云視頻，再拿這個(gè)去訓(xùn)練激光雷達(dá)的識別能力。

OLiDM的效果，能有兩三個(gè)點(diǎn)的提升，已經(jīng)是非常難得了，現(xiàn)在在nuScenes上0.001的提升都需要一年半以上的時(shí)間。

世界模型一點(diǎn)也不神秘，不僅是端到端自動駕駛，它對傳統(tǒng)自動駕駛也有明顯的提升，自動駕駛的數(shù)據(jù)成本也大幅度下降至少95%以上，那些所謂影子模式變得毫無價(jià)值，實(shí)際上沒有世界模型生成視頻，影子模式本身也毫無價(jià)值，這也是馬斯克說他用擴(kuò)散模式生成視頻的原因，如果影子模式真有價(jià)值，何必多此一舉？

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