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寫(xiě)在前面&筆者的個(gè)人理解

世界車(chē)型在自動(dòng)駕駛方面表現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)，尤其是在多視圖駕駛視頻的生成方面。然而，在生成自定義駕駛視頻方面仍然存在重大挑戰(zhàn)。在本文中，我們提出了DriveDreamer-2，它建立在DriveDreamer的框架上，并結(jié)合了一個(gè)大語(yǔ)言模型（LLM）來(lái)生成用戶(hù)定義的駕駛視頻。具體來(lái)說(shuō)，LLM接口最初被合并以將用戶(hù)的查詢(xún)轉(zhuǎn)換為代理軌跡。隨后，根據(jù)軌跡生成符合交通規(guī)則的HDMap。最終，我們提出了統(tǒng)一多視圖模型，以增強(qiáng)生成的駕駛視頻的時(shí)間和空間連貫性。DriveDreamer-2是世界上第一款生成自定義駕駛視頻的世界模型，它可以以用戶(hù)友好的方式生成不常見(jiàn)的駕駛視頻（例如，車(chē)輛突然駛?cè)耄４送猓瑢?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，生成的視頻增強(qiáng)了駕駛感知方法（如3D檢測(cè)和跟蹤）的訓(xùn)練。此外，DriveDreamer-2的視頻生成質(zhì)量超過(guò)了其他最先進(jìn)的方法，F(xiàn)ID和FVD得分分別為11.2和55.7，相對(duì)提高了～30%和～50%。

• 開(kāi)源鏈接：https://drivedreamer2.github.io/

總結(jié)來(lái)說(shuō)，本文的主要貢獻(xiàn)如下：

• 我們推出DriveDreamer-2，這是世界上第一款以用戶(hù)友好的方式生成虛擬駕駛視頻的車(chē)型。
• 我們提出了一種僅使用文本提示作為輸入的交通仿真管道，可用于生成用于駕駛視頻生成的各種交通條件。
• UniMVM旨在無(wú)縫集成視圖內(nèi)和視圖間的空間一致性，提高生成的駕駛視頻的整體時(shí)間和空間一致性。
• 大量實(shí)驗(yàn)表明，DriveDreamer-2可以制作各種定制的駕駛視頻。此外，DriveDreamer-2與以前性能最好的方法相比，可將FID和FVD提高約30%和約50%。此外，DriveDreamer-2生成的駕駛視頻增強(qiáng)了對(duì)各種駕駛感知方法的訓(xùn)練。

相關(guān)工作回顧

世界模型

世界方法的主要目標(biāo)是建立動(dòng)態(tài)環(huán)境模型，賦予主體對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)能力。在早期的探索中，變分自動(dòng)編碼器（VAE）和長(zhǎng)短期記憶（LSTM）被用于捕捉過(guò)渡動(dòng)力學(xué)和排序功能，在不同的應(yīng)用中顯示出顯著的成功。構(gòu)建駕駛世界模型帶來(lái)了獨(dú)特的挑戰(zhàn)，主要源于現(xiàn)實(shí)世界駕駛?cè)蝿?wù)固有的高樣本復(fù)雜性。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，ISO Dream引入了將視覺(jué)動(dòng)力學(xué)明確分解為可控和不可控狀態(tài)的方法。MILE戰(zhàn)略性地將世界建模納入鳥(niǎo)瞰圖（BEV）語(yǔ)義分割空間。最近，DriveDreamer、GAIA-1、ADriver-I和Drive-WM探索了利用強(qiáng)大的擴(kuò)散模型或自然語(yǔ)言模型在現(xiàn)實(shí)世界中訓(xùn)練駕駛世界模型。然而，這些方法中的大多數(shù)在很大程度上依賴(lài)于結(jié)構(gòu)化信息（例如，3D框 、HDMaps和光流）作為條件。這種獨(dú)立性不僅限制了互動(dòng)性，也限制了世代的多樣性。

視頻生成

視頻生成和預(yù)測(cè)是理解視覺(jué)世界的關(guān)鍵技術(shù)。在視頻生成的早期階段，探索了變分自動(dòng)編碼器（VAE）、基于流的模型和生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GANs）等方法。語(yǔ)言模型也用于復(fù)雜的視覺(jué)動(dòng)力學(xué)建模。最近的進(jìn)展表明，擴(kuò)散模型對(duì)視頻生成的影響越來(lái)越大。值得注意的是，視頻擴(kuò)散模型在生成具有逼真幀和平滑過(guò)渡的高質(zhì)量視頻方面表現(xiàn)出卓越的能力，提供了增強(qiáng)的可控性。這些模型無(wú)縫地適應(yīng)各種輸入條件，包括文本、canny、草圖、語(yǔ)義圖和深度圖。在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，DriveDreamer-2利用強(qiáng)大的擴(kuò)散模型學(xué)習(xí)視覺(jué)動(dòng)力學(xué)。

交通仿真

駕駛仿真器是自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)的基石，旨在提供一個(gè)仿真真實(shí)世界條件的受控環(huán)境。LCTGen使用LLM將詳細(xì)的語(yǔ)言描述編碼為向量，然后使用生成器生成相應(yīng)的仿真場(chǎng)景。這種方法需要高度詳細(xì)的語(yǔ)言描述，包括代理的速度和方向等信息。TrafficGen理解交通場(chǎng)景中的固有關(guān)系，從而能夠在同一地圖內(nèi)生成多樣化和合法的交通流。CTG通過(guò)采用符合交通約束的手動(dòng)設(shè)計(jì)的損失函數(shù)來(lái)生成交通仿真。CTG++進(jìn)一步擴(kuò)展了CTG，利用GPT-4將用戶(hù)語(yǔ)言描述轉(zhuǎn)換為損失函數(shù)，該函數(shù)指導(dǎo)場(chǎng)景級(jí)條件擴(kuò)散模型生成相應(yīng)的場(chǎng)景。在DriveDreamer-2中，我們構(gòu)建了一個(gè)函數(shù)庫(kù)來(lái)微調(diào)LLM，以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)友好的文本到流量仿真，消除了復(fù)雜的損失設(shè)計(jì)或復(fù)雜的文本提示輸入。

詳解DriveDreamer-2

圖2展示了DriveDreamer-2的總體框架。首先提出了一種定制的交通仿真來(lái)生成前臺(tái)代理軌跡和后臺(tái)HDMaps。具體而言，DriveDreamer-2利用微調(diào)后的LLM將用戶(hù)提示轉(zhuǎn)換為代理軌跡，然后引入HDMap生成器，使用生成的軌跡作為條件來(lái)仿真道路結(jié)構(gòu)。DriveDreamer-2利用定制的流量仿真管道，能夠?yàn)楹罄m(xù)視頻生成生成生成各種結(jié)構(gòu)化條件。在DriveDreamer架構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了UniMVM框架，以統(tǒng)一視圖內(nèi)和視圖間的空間一致性，從而增強(qiáng)生成的駕駛視頻的整體時(shí)間和空間一致性。在接下來(lái)的章節(jié)中，我們將深入研究定制交通fang'zhen和UniMVM框架的細(xì)節(jié)。

自定義交通仿真

在所提出的定制交通仿真管道中，構(gòu)建了一個(gè)軌跡生成函數(shù)庫(kù)來(lái)微調(diào)LLM，這有助于將用戶(hù)提示轉(zhuǎn)移到不同的代理軌跡中，包括切入和掉頭等動(dòng)作。此外，該管道包含HDMap生成器，用于仿真背景道路結(jié)構(gòu)。在此階段，先前生成的代理軌跡充當(dāng)條件輸入，確保生成的HDMap符合流量約束。在下文中，我們將詳細(xì)介紹LLM的微調(diào)過(guò)程和HDMap生成器的框架。

用于軌跡生成的微調(diào)LLM以前的交通仿真方法需要復(fù)雜的參數(shù)規(guī)范，包括代理的速度、位置、加速度和任務(wù)目標(biāo)等細(xì)節(jié)。為了簡(jiǎn)化這一復(fù)雜的過(guò)程，我們建議使用構(gòu)建的軌跡生成函數(shù)庫(kù)對(duì)LLM進(jìn)行微調(diào)，從而將用戶(hù)友好的語(yǔ)言輸入有效地轉(zhuǎn)換為全面的交通仿真場(chǎng)景。如圖3所示，構(gòu)建的函數(shù)庫(kù)包括18個(gè)函數(shù)，包括代理函數(shù)（轉(zhuǎn)向、等速、加速度和制動(dòng)）、行人函數(shù)（行走方向和速度）以及其他實(shí)用函數(shù)，如保存軌跡。在這些函數(shù)的基礎(chǔ)上，文本到Python腳本對(duì)是手動(dòng)策劃的，用于微調(diào)LLM（GPT-3.5）。腳本包括一系列基本場(chǎng)景，如變道、超車(chē)、跟隨其他車(chē)輛和執(zhí)行掉頭。此外，我們還包括更不常見(jiàn)的情況，如行人突然橫穿馬路，車(chē)輛駛?cè)胲?chē)道。以用戶(hù)輸入的車(chē)輛切入為例，相應(yīng)的腳本包括以下步驟：首先生成切入軌跡（agent.cut_in（）），然后生成相應(yīng)的ego-car軌跡（agent.forward（））；最后利用實(shí)用程序的保存功能，以數(shù)組形式直接輸出ego-car和其他代理的軌跡。有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱補(bǔ)充材料。在推理階段，我們將提示輸入擴(kuò)展到預(yù)定義的模板，微調(diào)后的LLM可以直接輸出軌跡陣列。

HDMap生成綜合交通仿真不僅需要前臺(tái)代理的軌跡，還需要生成后臺(tái)HDMap元素，如車(chē)道和人行橫道。因此，提出了HDMap生成器，以確保背景元素與前景軌跡不沖突。在HDMap生成器中，我們將背景元素生成公式化為條件圖像生成問(wèn)題，其中條件輸入是BEV軌跡圖，目標(biāo)是BEV HDMap。與以前主要依賴(lài)于輪廓條件（邊緣、深度、方框、分割圖）的條件圖像生成方法不同，所提出的HDMap生成器探索前景和背景交通元素之間的相關(guān)性。具體地，HDMap生成器是在圖像生成擴(kuò)散模型上構(gòu)建的。為了訓(xùn)練生成器，我們對(duì)HDMap數(shù)據(jù)集進(jìn)行軌跡規(guī)劃。在軌跡圖中，指定不同的顏色來(lái)表示不同的代理類(lèi)別。同時(shí)，目標(biāo)HDMap包括三個(gè)通道，分別表示車(chē)道邊界、車(chē)道分隔線和行人交叉口。在HDMap生成器中，我們使用2D卷積層的堆棧來(lái)合并軌跡圖條件。然后，使用將生成的特征圖無(wú)縫集成到擴(kuò)散模型中（有關(guān)其他架構(gòu)詳細(xì)信息，請(qǐng)參見(jiàn)補(bǔ)充）。在訓(xùn)練階段，擴(kuò)散正向過(guò)程逐漸將噪聲ε添加到潛在特征中，從而產(chǎn)生噪聲潛在特征。然后我們訓(xùn)練εθ來(lái)預(yù)測(cè)我們添加的噪聲，并且HDMap生成器φ通過(guò):

如圖4所示，利用所提出的HDMap生成器，我們可以基于相同的軌跡條件生成不同的HDMap。值得注意的是，生成的HDMaps不僅遵守交通約束（位于車(chē)道分隔帶兩側(cè)的車(chē)道邊界和十字路口的人行橫道），而且與軌跡無(wú)縫集成。

UniMVM

利用定制交通仿真生成的結(jié)構(gòu)化信息，可以通過(guò)DriveDreamer的框架生成多視圖駕駛視頻。然而，在以前的方法中引入的視圖關(guān)注并不能保證多視圖的一致性。為了緩解這個(gè)問(wèn)題，采用圖像或視頻條件來(lái)生成多視圖駕駛視頻。雖然這種方法增強(qiáng)了不同觀點(diǎn)之間的一致性，但它是以降低發(fā)電效率和多樣性為代價(jià)的。在DriveDreamer-2中，我們?cè)贒riveDreamer框架中引入了UniMVM。UniMVM旨在統(tǒng)一多視圖駕駛視頻的生成，無(wú)論是否具有相鄰視圖條件，這確保了時(shí)間和空間的一致性，而不會(huì)影響生成速度和多樣性。

多視圖視頻聯(lián)合分布可以通過(guò)以下方式獲得:

如圖5所示，我們將UniMVM的范式與DriveDreamer[56]和Drive-WM[59]的范式進(jìn)行了比較。與這些同行相比，UniMVM將多個(gè)視圖統(tǒng)一為一個(gè)完整的視頻生成補(bǔ)丁，而不引入跨視圖參數(shù)。此外，可以通過(guò)調(diào)整掩碼m來(lái)完成各種驅(qū)動(dòng)視頻生成任務(wù)。特別地，當(dāng)m被設(shè)置為掩碼未來(lái)的T?1幀時(shí)，UniMVM基于第一幀的輸入啟用未來(lái)視頻預(yù)測(cè)。將m配置為屏蔽｛FL、FR、BR、B、BL｝視圖，使UniMVM能夠利用前視圖視頻輸入實(shí)現(xiàn)多視圖視頻輸出。此外，當(dāng)m被設(shè)置為屏蔽所有視頻幀時(shí)，UniMVM可以生成多視圖視頻，并且定量和定性實(shí)驗(yàn)都驗(yàn)證了UniMVM能夠以增強(qiáng)的效率和多樣性生成時(shí)間和空間相干的視頻。

視頻生成基于UniMVM公式，可以在DriveDreamer[56]的框架內(nèi)生成駕駛視頻。具體來(lái)說(shuō)，我們的方法首先統(tǒng)一了交通結(jié)構(gòu)化條件，這導(dǎo)致了HDMaps和3D盒子的序列。注意，3D框的序列可以從代理軌跡導(dǎo)出，并且3D框的大小是基于相應(yīng)的代理類(lèi)別來(lái)確定的。與DriveDreamer不同，DriveDreamer-2中的3D盒子條件不再依賴(lài)于位置嵌入和類(lèi)別嵌入。相反，這些框被直接投影到圖像平面上，起到控制條件的作用。這種方法消除了引入額外的控制參數(shù)，如[56]中所述。我們采用三個(gè)編碼器將HDMaps、3D框和圖像幀嵌入到潛在空間特征yH、yB和yI中。然后，我們將空間對(duì)齊的條件yH，yB與Zt連接起來(lái)，以獲得特征輸入Zin，其中Zt是通過(guò)前向擴(kuò)散過(guò)程從yI生成的噪聲潛在特征。對(duì)于視頻生成器的訓(xùn)練，所有參數(shù)都通過(guò)去噪分?jǐn)?shù)匹配進(jìn)行優(yōu)化[26]（詳見(jiàn)補(bǔ)充）。

實(shí)驗(yàn)

用戶(hù)自定義駕駛視頻生成

DriveDreamer-2提供了一個(gè)用戶(hù)友好的界面，用于生成駕駛視頻。如圖1a所示，用戶(hù)只需要輸入文本提示（例如，在雨天，有一輛汽車(chē)駛?cè)耄Ｈ缓驞riveDreamer-2生成與文本輸入對(duì)齊的多視圖駕駛視頻。圖6展示了另外兩個(gè)自定義駕駛視頻。上圖描繪了白天ego汽車(chē)向左變道的過(guò)程。下圖展示了一個(gè)意想不到的行人在夜間橫穿馬路，促使ego汽車(chē)剎車(chē)以避免碰撞。值得注意的是，生成的視頻展示了非凡的真實(shí)感，我們甚至可以觀察到遠(yuǎn)光燈在行人身上的反射。

生成視頻的質(zhì)量評(píng)估

為了驗(yàn)證視頻生成質(zhì)量，我們將DriveDreamer-2與nuScenes驗(yàn)證集上的各種駕駛視頻生成方法進(jìn)行了比較。為了進(jìn)行公平的比較，我們?cè)谌N不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)置下進(jìn)行了評(píng)估——無(wú)圖像條件、有視頻條件和第一幀多視圖圖像條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，表明DriveDreamer-2在所有三種設(shè)置中都能始終如一地獲得高質(zhì)量的評(píng)估結(jié)果。具體而言，在沒(méi)有圖像條件的情況下，DriveDreamer-2的FID為25.0，F(xiàn)VD為105.1，顯示出比DriveDreamer的顯著改進(jìn)。此外，盡管僅限于單視圖視頻條件，但與使用三視圖視頻條件的DriveWM相比，DriveDreamer-2在FVD方面表現(xiàn)出39%的相對(duì)改善。此外，當(dāng)提供第一幀多視圖圖像條件時(shí)，DriveDreamer-2實(shí)現(xiàn)了11.2的FID和55.7的FVD，大大超過(guò)了以前的所有方法。

更多可視化：

結(jié)論和討論

本文介紹了DriveDreamer-2，這是DriveDreamer框架的創(chuàng)新擴(kuò)展，開(kāi)創(chuàng)了用戶(hù)自定義駕駛視頻的生成。DriveDreamer-2利用大型語(yǔ)言模型，首先將用戶(hù)查詢(xún)轉(zhuǎn)移到前臺(tái)代理軌跡中。然后，可以使用所提出的HDMap生成器生成背景交通狀況，并將代理軌跡作為條件。生成的結(jié)構(gòu)化條件可以用于視頻生成，我們提出了UniMVM來(lái)增強(qiáng)時(shí)間和空間的一致性。我們進(jìn)行了廣泛的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證DriveDreamer-2可以生成不常見(jiàn)的駕駛視頻，例如車(chē)輛的突然機(jī)動(dòng)。重要的是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示了生成的視頻在增強(qiáng)駕駛感知方法訓(xùn)練方面的效用。此外，與最先進(jìn)的方法相比，DriveDreamer-2顯示出卓越的視頻生成質(zhì)量，F(xiàn)ID和FVD得分分別為11.2和55.7。這些分?jǐn)?shù)代表了大約30%和50%的顯著相對(duì)改進(jìn)，肯定了DriveDreamer-2在多視圖駕駛視頻生成方面的功效和進(jìn)步。