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多视角3D场景不必逐层算完:GeoGR压到一成算力,仍保住95%以上性能

核心概要

多视角3D视觉语言模型把场景拆成32个视角后会产生六千多个视觉token,推理开销很大。GeoGR分两级压缩:投影端把跨视角观测合并成体素token,并按语义显著性与空间覆盖挑选,未选中的体素特征并入上下文锚点;LLM端只在中间层窗口内计算视觉token,低相关token可跳过整层但保留隐状态,到锚点层重新评分并可回归。在LLaVA-OneVision-7B与Video-3D LLM-7B上,它分别保留稠密模型95.2%和96.8%的性能,LLM预填充与首token时延明显加快。

Source-provided article image: GeoGR: Spatial-Semantic Token Compression and Group Routing for Efficient 3D VLMs
Figure 1 · arXiv

深度剖析

多视角3D场景的视觉token序列被压到约一成算力预算,同时保留大部分任务性能。 此前多视角3D视觉语言模型对每个场景使用32个视角,产生6272个视觉token,并在每一层LLM中处理全部视觉token。 在LLaVA-OneVision-7B上保留稠密模型95.18%的平均性能,在Video-3D LLM-7B上保留96.80%,两者都在约10%的LLM侧视觉FLOPs预算下测得。

压缩分两级完成:投影端合并跨视角重复观测,LLM端按查询相关性分配计算。 投影端方法此前要么只按显著性挑选、丢掉背景区域,要么只按几何多样性挑选;LLM端方法此前对token做不可逆的永久剪枝。 GeoSemZip把跨视角观测反投影到统一世界坐标并聚合成体素token,按编码器注意力显著性选主导token、按3D Morton序采样上下文锚点,再把未选中体素特征按余弦相似度并入锚点;GroupRoute用晚进入与早退出界定视觉计算窗口,在锚点层按查询注意力分组,低优先组跳过后续层但保留隐状态,到下一锚点重新评分。

低相关视觉token被当作暂时不活跃,而不是永久冗余。 在层距离较远时,原本排名靠后的token会进入前半区并占据不可忽略的注意力份额,因此单层排名不足以支撑永久剪枝。 在ScanQA上用LLaVA-OneVision追踪第8至23层的排名稳定性,相邻层排名一致性更高,层距离增大后一致性下降;在相同平均token预算下,第9、13层可恢复跳过的平均保留率为95.18%,高于单锚点剪枝的94.65%和95.03%以及双锚点剪枝的94.73%。

启示与展望

评估覆盖两个多视角3D视觉语言模型:LLaVA-OneVision-7B不带显式3D空间编码,只在两个问答基准上评测;Video-3D LLM-7B带深度与位姿导出的3D位置编码,在问答、视觉定位和密集描述共五个ScanNet基准上评测。压缩感知后训练使用从223K样本中按PRISM选出的67K样本,两个模型分别保留全量后训练性能的95.69%和98.72%。方法需要标定视角、对齐深度和相机位姿来构建体素。

层间token相关性分析只在ScanQA上用LLaVA-OneVision完成,锚点位置由BARS在固定预算下选出并在推理时固定,token分组仍随查询变化。压缩感知后训练分两阶段,视觉编码器在两阶段均冻结。效率收益依赖投影端开销,投影端耗时过高的方法会抵消预填充节省。