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世界模型不再随视频变长而膨胀:L3G-World用潜空间3D高斯记忆,单张H100跑到9.02 FPS

核心概要

交互式世界模型长期受困于记忆随生成时长线性增长:时间上下文会耗尽显存,显式3D记忆则因逐帧累积冗余基元而变慢。L3G-World把场景记忆改为紧凑的潜空间3D高斯,只在新观测区域生成新高斯、对已有高斯做残差修正,并让每个高斯直接存VAE潜特征,从而把记忆渲染进扩散Transformer的潜空间而无需重新编码。在DL3DV与RealEstate10K的481帧闭环轨迹上,完整版L3G-World的PSNR为16.00与18.36,配合少步蒸馏后在单张H100上达到9.02 FPS。

AI-generated editorial illustration: L3G-World: Real-Time Infinite World Generation with Latent 3D Gaussian Memory

深度剖析

世界模型的场景记忆不再随生成帧数增长,而是随探索到的空间范围增长。 此前的时间上下文方法把历史帧或自注意力KV缓存留作记忆,显式3D记忆方法则逐帧累积点云或高斯基元,两者都随生成流长度变贵。 在DL3DV上,L3G-World存33K个基元、占11.88 MiB,而高斯基线NeoVerse存8,766K个基元、占501.57 MiB;在RealEstate10K上两者分别为25K对10,437K、8.91 MiB对597.21 MiB。

记忆更新器只在新观测区域生成新高斯,并对已探索区域的高斯做残差修正,使记忆成为持续修订的场景表示而非不断堆积的缓冲区。 逐帧前馈重建会把同一空间区域反复累积成冗余基元,且已存基元不被更新,几何误差会一直保留。 在DL3DV的新视角合成消融中,去掉自适应生成后高斯数从41K升到75K,PSNR从16.52降到16.26;去掉修正流后PSNR降到15.52。

每个高斯额外携带VAE潜特征,记忆可直接渲染到视频扩散Transformer的潜空间,省去先渲染RGB再VAE编码的步骤。 此前的显式3D记忆只存RGB外观,条件化潜视频生成器时必须重新编码渲染结果,无法支撑实时生成。 在DL3DV上,L3G-World的VAE空间渲染吞吐为1,086.58 FPS,而最省的高斯基线NeoVerse为3.11 FPS;消融中去掉VAE提升后,VAE渲染吞吐降到2.97 FPS。

记忆条件化的视频生成器经少步蒸馏后,可在单张H100上以9.02 FPS实时生成世界。 此前显式3D记忆方法在对比表中均未达到实时,总FPS最高为NeoVerse的1.99。 对比表记录L3G-World总FPS为9.02、峰值显存7.4 GiB,并标记为实时;其余列出的方法均未标记实时。

启示与展望

演示范围是单图输入、沿给定相机轨迹在DL3DV与RealEstate10K上生成,效率测量在单张A100上完成,实时数字来自单张H100上的少步蒸馏版本。

记忆主要面向静态场景,不显式建模独立运动的物体;探索范围极大时记忆仍会增长;长时程自回归中引入的误差仍可能传播到后续记忆更新。