SpatialLM – 群核科技開(kāi)源的空間理解多模態(tài)模型

SpatialLM 是群核科技推出的一款開(kāi)源空間理解多模態(tài)模型，旨在為機(jī)器人和智能系統(tǒng)賦予類似于人類的空間認(rèn)知能力。它能夠通過(guò)分析普通手機(jī)拍攝的視頻，重建詳細(xì)的 3D 場(chǎng)景布局，并標(biāo)注房間結(jié)構(gòu)、家具擺放、通道寬度等信息。

SpatialLM是什么

SpatialLM 是群核科技開(kāi)源的一款空間理解多模態(tài)模型，它賦予機(jī)器和智能系統(tǒng)與人類相似的空間認(rèn)知能力。該模型通過(guò)分析手機(jī)拍攝的視頻，能夠重建出詳盡的 3D 場(chǎng)景布局，標(biāo)注房間結(jié)構(gòu)、家具擺放和通道寬度等信息。該模型基于大語(yǔ)言模型的框架，結(jié)合點(diǎn)云重建與結(jié)構(gòu)化表示技術(shù)，將視頻中的場(chǎng)景轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化的 3D 模型，為具身智能的訓(xùn)練提供高效的基礎(chǔ)框架。

SpatialLM的主要功能

• 視頻轉(zhuǎn)化為 3D 場(chǎng)景：SpatialLM 能將普通手機(jī)拍攝的視頻轉(zhuǎn)換為詳細(xì)的 3D 場(chǎng)景布局。通過(guò)分析視頻的每一幀，重建出場(chǎng)景的三維結(jié)構(gòu)，包括房間布局、家具位置和通道寬度等信息。
• 空間認(rèn)知與推理能力：該模型打破了傳統(tǒng)大語(yǔ)言模型在物理世界幾何及空間關(guān)系理解上的局限，賦予機(jī)器具備類似人類的空間認(rèn)知與解析能力。能夠?qū)?chǎng)景中的物體進(jìn)行語(yǔ)義理解，并生成結(jié)構(gòu)化的 3D 場(chǎng)景布局，標(biāo)注物體的三維坐標(biāo)、尺寸參數(shù)和類別信息。
• 低成本數(shù)據(jù)采集：SpatialLM 不需要使用復(fù)雜的傳感器或智能穿戴設(shè)備，普通手機(jī)或相機(jī)拍攝的視頻即可作為數(shù)據(jù)輸入。這大大降低了開(kāi)發(fā)者的數(shù)據(jù)采集門(mén)檻，使更多企業(yè)和研究者能夠迅速開(kāi)展相關(guān)研究。
• 具身智能訓(xùn)練支持：SpatialLM 為具身智能領(lǐng)域提供了基礎(chǔ)的空間理解訓(xùn)練框架。企業(yè)可以針對(duì)特定場(chǎng)景對(duì)模型進(jìn)行微調(diào)，提升機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的導(dǎo)航、避障與任務(wù)執(zhí)行能力。結(jié)合群核科技的空間智能訓(xùn)練平臺(tái) SpatialVerse，機(jī)器人可以在仿真環(huán)境中進(jìn)行技能學(xué)習(xí)，形成認(rèn)知到行動(dòng)的完整閉環(huán)。
• 虛擬場(chǎng)景生成能力：SpatialLM 能將現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為虛擬環(huán)境中的豐富場(chǎng)景。通過(guò)其合成數(shù)據(jù)引擎，能夠生成億萬(wàn)級(jí)的新場(chǎng)景，為虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和游戲開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域提供強(qiáng)大的支持。

SpatialLM的技術(shù)原理

• 視頻處理與點(diǎn)云重建：SpatialLM 利用 MASt3R-SLAM 技術(shù)處理輸入的 RGB 視頻，將其拆分為幀，提取物體的空間細(xì)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算深度和位置，生成高密度的 3D 點(diǎn)云模型。
• 點(diǎn)云編碼與特征提取：點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過(guò)編碼器轉(zhuǎn)化為緊湊的特征向量，保留場(chǎng)景中物體的關(guān)鍵幾何和語(yǔ)義信息。
• 大語(yǔ)言模型生成場(chǎng)景代碼：借助大語(yǔ)言模型（LLM），將點(diǎn)云特征轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的場(chǎng)景代碼，包含空間結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)和尺寸，標(biāo)注出物體的語(yǔ)義邊界框（如“沙發(fā) – 長(zhǎng) 1.8 米 – 距墻 0.5 米”）。
• 結(jié)構(gòu)化 3D 布局生成：場(chǎng)景代碼進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化的 3D 場(chǎng)景布局，明確標(biāo)注出每個(gè)物體的三維坐標(biāo)、尺寸參數(shù)和類別信息，可以通過(guò)可視化工具還原為可交互的 3D 場(chǎng)景。
• 物理規(guī)則的嵌入：SpatialLM 內(nèi)置了物理常識(shí)（如“家具不能懸空”“通道寬度≥0.8 米”），確保生成的 3D 場(chǎng)景符合現(xiàn)實(shí)的物理規(guī)則。

SpatialLM的項(xiàng)目地址

• GitHub 倉(cāng)庫(kù)：https://github.com/manycore-research/SpatialLM
• HuggingFace 模型庫(kù)：https://huggingface.co/manycore-research/SpatialLM-Llama-1B

SpatialLM的應(yīng)用場(chǎng)景

• 具身智能訓(xùn)練：SpatialLM 能幫助機(jī)器人在虛擬環(huán)境中進(jìn)行障礙規(guī)避、物體抓取等任務(wù)的訓(xùn)練。
• 自動(dòng)導(dǎo)航：在機(jī)器人導(dǎo)航任務(wù)中，SpatialLM 能實(shí)時(shí)解析環(huán)境中的空間信息，幫助機(jī)器人避免障礙物并規(guī)劃最優(yōu)路徑。
• 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)：SpatialLM 能迅速將現(xiàn)實(shí)世界的場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為虛擬環(huán)境中的豐富場(chǎng)景，支持增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。
• 建筑設(shè)計(jì)與規(guī)劃：SpatialLM 能分析建筑物的 3D 點(diǎn)云數(shù)據(jù)，識(shí)別墻體、門(mén)窗等結(jié)構(gòu)信息，幫助建筑設(shè)計(jì)和規(guī)劃人員更高效地進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。
• 教育與培訓(xùn)：教育工作者可以利用 SpatialLM 開(kāi)發(fā)教育軟件，幫助學(xué)生學(xué)習(xí) 3D 建模和空間視覺(jué)能力。通過(guò)直觀的 3D 場(chǎng)景生成和解析，學(xué)生能更好地理解空間關(guān)系和幾何概念。