【论文自动阅读】Goal Force: 教视频模型实现Physics-Conditioned Goals

快速了解部分

基础信息(英文):

1.题目: Goal Force: Teaching Video Models To Accomplish Physics-Conditioned Goals

2.时间: 2026.01

3.机构: Brown University, Cornell University

4.3个英文关键词: Video Generation, Physics Simulation, Visual Planning

1句话通俗总结本文干了什么事情

本文提出了一种名为Goal Force的新框架,教会视频生成模型通过反向推理物理因果链(例如用球杆击球),来生成能够实现特定目标力(Goal Force)的视频,从而实现无需外部物理引擎的物理感知视觉规划。

研究痛点:现有研究不足 / 要解决的具体问题

现有视频生成模型作为"世界模型"在规划时,通常依赖文本或目标图像来定义目标,但这对于复杂的物理任务来说过于抽象或不切实际;现有的力控制方法通常只关注直接施加力(Direct Force),缺乏让模型自主推理如何通过一系列因果动作来达成最终目标力(Goal Force)的能力。

核心方法:关键技术、模型或研究设计(简要)

设计了一个包含三个通道(直接力、目标力、质量)的物理控制信号,利用合成数据(多米诺骨牌、球碰撞等)微调视频扩散模型(Wan2.2),使其能够作为隐式神经物理规划器,根据目标力反推并生成实现该目标的物理动作视频。

深入了解部分

相比前人创新在哪里

  1. 范式转变:从之前的"直接力控制"(用户指定动作,模型执行)转变为"目标力控制"(用户指定目标,模型规划实现目标的动作)。
  2. 隐式规划:无需在推理时调用外部物理引擎,训练后的模型本身充当了神经物理模拟器,能进行因果推理。
  3. 泛化能力:仅在简单的合成数据(球、骨牌)上训练,模型能零样本泛化到复杂的现实场景(如工具使用、人机交互)。

解决方法/算法的通俗解释

想象你要教AI打台球。以前的方法是告诉AI"用球杆戳白球"(直接力),AI就只会戳白球。Goal Force的方法是告诉AI"我要让红球滚到左边"(目标力),AI会自己脑补出"需要用球杆戳白球,让白球撞红球"这一连串动作并生成视频。它就像一个会心算物理题的AI,你给它结果,它反推过程。

解决方法的具体做法

  1. 构建多通道控制信号:创建一个3通道的张量,分别编码"直接力"(Cause)、"目标力"(Effect/Goal)和"质量"信息,转化为视频形式输入模型。
  2. 合成数据训练:使用Blender和PhysDreamer生成包含多米诺骨牌、滚动球、摇摆花朵的合成视频数据集,并配对物理控制信号。
  3. 掩码训练策略:在训练时随机遮蔽"直接力"或"目标力"通道,强迫模型学会:给定目标力时推断出需要的直接力动作;给定直接力时预测结果。
  4. 模型微调:基于预训练的视频模型Wan2.2,使用ControlNet架构进行微调,使其能理解并遵循这些物理控制信号。

基于前人的哪些方法

基于Wan2.2(大型视频生成模型)和ControlNet(用于条件控制的神经网络架构);利用了PhysDreamer生成部分训练数据;参考了Force Prompting中关于力作为高斯斑点(Gaussian blob)的编码方式。

实验设置、数据、评估方式、结论

  1. 数据:合成数据(3k多米诺、6k球、3k花朵)+ 现实基准测试(25个挑战场景,包括工具使用、人机交互等)。
  2. 评估方式
    • 人类偏好研究(2AFC):对比Goal Force与纯文本提示的模型,结果显示Goal Force在遵循目标力方面显著更优。
    • 视觉规划准确性:测试模型在有障碍物场景下选择正确物体施力的能力(如池塘场景中避开障碍物击球),准确率极高。
    • 多样性与物理利用:验证模型能生成多种解决方案,并能利用质量信息调整撞击速度。
  3. 结论:模型成功学会了物理因果推理,能准确、多样且符合物理规律地生成实现目标力的视频,并在未见过的复杂场景中表现出强大的泛化能力。

提到的同类工作

PhysGen, PhysDreamer, Force Prompting, ToRA (Trajectory-oriented diffusion transformer), Sora, Lumiere, Emu Video, Video generation models as world simulators.

和本文相关性最高的3个文献

  1. Force Prompting:本文直接建立在其基础上,采用了类似的力编码方式,但将其从"直接力"扩展到了"目标力"规划。
  2. PhysDreamer:提供了生成非刚体(花朵)动态数据的方法,并作为本文的对比基准之一。
  3. Wan2.2:本文所使用的视频生成基础模型(Base Model),通过微调使其具备物理规划能力。

我的

  1. 思路比较奇怪。想法就是想生成一个物体运动的视频,同时视频里要有一个Action的东西使得物体运动(比如会生成一个机械臂拨动小物块)。主要是说能实现一个物理推理,就是猜出来这个物体是咋动的。但是比较存疑,可能模型并没学会推理,而只是拟合数据。
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