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視覚基盤モデルで空間認知の四層が解明 予測と行動計画に不一致が明らかに

2026年10月31日arXiv: 2610.40636v1

最近の研究で、人気のある視覚基盤モデル(10種)が持つ空間認知機能を4つの層に分類しました。L1は「空間構造」、L2は「物体保持」、L3は「予測空間更新」、L4は「行动性」です。実験では、室内の静的映像を自己視点で連続撮影し、時間的に長くなる先行情報(prefix)を使って各層の機能を測定しました。

図1:視覚基盤モデルの4レベル空間認知表現を示した図。
Figure 1. 図1は、視覚基盤モデルが示す4つの空間認知レベル(空間構造・物体保持・予測空間更新・行动性)を示す。各レベルの図示から、モデルの空間表現が階層的に構成されていることが可視化される。Yin, Baiqiao, Cai, Zhongang, Wang, Ruisi, Liang, Qiwei, Yang, Lei, Liu, Ziwei · arXiv:2610.40636v1 · Figure 1: · CC BY 4.0

実験結果では、Fast3RとVideoMAEが物体保持の角度誤差(Angular Error)が最も低く、最も良いカメラ姿勢推定が可能でした。一方、DINOv2は深度予測において最も優れており、可視性の高いシーンが必ずしも物体保持性能を保証しないことを示しています。

表2:各モデルの物体保持と深度予測のメトリック比較表。
Metric geometry
Instance identity
View consistency
Object persistence
Direct prediction
Path integration
Model (layer)Depth loss ↓AUC@30 ↑Instance loss ↓Bal. acc. ↑Ang. err. (∘) ↓Global R@1 ↑Global R@1 ↑
DINOv2-L (0)0.14220.04121.38280.955765.380.23730.0900
Fast3R (24)0.13860.38701.60720.980832.790.01330.0190
VideoMAE-L (23)0.29680.20264.15710.911836.450.05310.0685
V-JEPA2-L (23)0.27080.18542.92110.925645.310.06250.1588
Qwen2.5-VL (−1)0.22440.02692.94760.938568.590.17120.0903
Wan (20)0.36090.06504.93010.821562.380.02600.0405
CogVideoX (20)0.43400.02766.69920.800170.620.00880.0160
Aether (1)0.52700.01857.18470.692861.180.00240.0042
MiniMax-H3 (30)0.42520.04776.22650.825555.970.0249†0.0117†
LingBot-video (30)0.43140.02325.58750.785870.300.03020.0429
Table 2. 表2は、10種の代表的な視覚基盤モデル全体で、物体保持(Angular Error)と深度予測(Depth loss)のパフォーマンス比較を示す。Fast3RとVideoMAEが物体保持で最低の角度誤差を達成し、DINOv2が深度予測で最高の精度を示している。Yin, Baiqiao, Cai, Zhongang, Wang, Ruisi, Liang, Qiwei, Yang, Lei, Liu, Ziwei · arXiv:2610.40636v1 · Table 2: · CC BY 4.0

しかし、実際に将来の特徴量を読み取るように訓練されたプローブを、モデルが自ら予測した特徴量に対してそのまま適用すると、深度予測の平均絶対誤差(MAE)が0.182から0.246へと悪化しました。再訓練しても改善されるものの、実際の特徴量に対する性能に届かないことが分かります。また、目標情報を与えても行動予測の精度が大きく改善されることはほとんどなく、モデルが目標に対して敏感である一方で、実際に進捗を生む行動を選択できないギャップが残っています。

以上の結果は、視覚基盤モデルが空間認知の多層的な表現を持つことを確認しつつ、保持や将来予測、および行動計画の精度に大きなばらつきがあることを示しています。特に、予測パイプラインを通過した場合に情報が失われる点が課題であり、実用化にはさらなる改良が必要です。

元論文

Probing Spatial State Representations in Visual Foundation Models

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