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LaLa-World:以自然语言动作扩展潜在世界模型 LaLa-World: Scaling Latent World Models with Natural Language Actions

Junha Song, Geonmo Gu, Jeongeun Park, Heejeong Nam, Lucas Maes, Byeongho Heo, Dongyoon Han, Sangdoo Yun 📅 2026-10-21 👍 40 2026-11-09 18:30
JEPA MPC VLA 世界模型 具身智能 机器人规划 语言条件化

用语言统一动作与视觉变化,单个潜世界模型跨域联合训练,规划与策略推理大幅提速。

前置知识

潜在世界模型(JEPA 式 LWM)

不在像素空间生成未来画面、而在自监督编码器的潜在空间中预测未来表征的世界模型。编码器把观测映射为潜状态 $e_t$,预测器根据历史潜状态与条件输出 $\hat{e}_{t+1}$,训练目标是逼近编码后的真实未来表征,不重建图像、不用奖励。代表工作有 V-JEPA 2-AC、DINO-WM、JEPA-WMs。

本文的主体架构与训练目标就是它,所有规划与策略实验都建立在潜空间 rollout 的高效性之上,理解它与生成式世界模型(像素重建)的本质区别是读懂全文对比的前提。

MPC 规划与交叉熵方法(CEM)

模型预测控制式规划:给定初始观测与目标观测,让世界模型对候选动作序列自回归想象 $H$ 步,以最终潜状态与目标编码的距离 $C=\|\hat{e}_{t+H}-e_{\text{goal}}\|_2^2$ 打分。CEM 反复采样序列、保留低成本精英样本并更新采样分布,逐步逼近最优序列;本文一轮规划约需数千次想象 rollout。

论文所有规划评测(Table 1、Table B 等)都基于该协议,理解成本函数与采样循环才能看懂各基线的比较方式以及效率对比的含义。

生成式世界模型 / 视频生成模型

以像素级生成未来图像或视频为目标的模型(如 Sora 类模型、Cosmos-Predict2),通常以语言为条件,从网络级视频学到广泛的视觉动态知识,其预训练权重可作为策略学习的先验。但用于 MPC 时每个候选序列都要做昂贵的迭代去噪,评估成本远高于潜空间 rollout。

它是本文的对照组(RAEv2 基线)与策略初始化范式(Cosmos Policy)的来源,理解其代价与能力才能理解论文“潜 vs 生成”论证的分量。

自监督视觉编码器(DINOv2/DINOv3、V-JEPA 2)

在海量无标注图像/视频上预训练的 ViT,产出语义与空间结构兼备的 patch 级表征。LWM 通常冻结此类编码器(如 DINOv2-S/14、DINOv3-L/16),在其表征上训练动作条件预测器,既避免表征塌缩又复用预训练知识,编码器选择会显著影响各域规划表现。

本文冻结 DINO 系编码器作为观测编码器,其表征质量直接决定规划上限;视觉编码器消融(Table D)是论文的重要结论之一。

VLA 与世界模型预训练策略

视觉-语言-动作模型在机器人演示上微调 VLM,将观测与语言指令映射为动作块(如 π0、OpenVLA、Cosmos Policy)。新范式是先用视频/世界模型预训练,再微调成同时预测动作与未来观测的统一模型,以复用大规模视频先验并保留想象能力。

本文第 5 章把 LaLa-World 微调成 LaLa-Policy 正属此范式,需要在“只预测动作”与“动作+未来预测”两类基线之间定位其贡献与差异。

研究动机

现有 JEPA 式潜在世界模型(V-JEPA 2-AC、DINO-WM、JEPA-WMs 等)的动作条件预测器几乎都在单一仿真或机器人数据集上训练,动作以数值向量 $c_t \in \mathbb{R}^k$ 表示,其维度与物理含义随域而变:同样是向量 $[2,4]$,在一个域可能编码水平/垂直位移,在另一个域却表示 4 维力,导致共享动力学难以学习,每个域都要单独训练一个模型。与此同时,海量的图像与视频数据天然缺少数值动作标注,无法进入动作条件预测器的训练,使 LWM 的数据规模远小于语言条件化的视频生成模型。此外,控制数据中动作若以固定模板转成语言,模型只见过狭窄的措辞分布,对同义改写脆弱,泛化与鲁棒性都受限。

本文的目标是本文目标是构建 LaLa-World——一个语言条件化的潜在世界模型:把 7 个控制数据集(Wall、PointMaze、Push-T、MetaWorld、Rope、Granular、DROID)的数值动作经固定模板转写为保留数值与方向的自然语言,如 “move 2 left and 4 up and push with force 2 downward”,并把 OpenVid-1M 视频的帧间变化描述与 OmniEdit/ShareGPT-4o-Image 的图像编辑指令作为同一形式的条件,让一个约 0.8B 参数的预测器跨异构数据联合训练。在此基础上回答三个问题:联合训练是否优于逐域训练的 LWM;在相同语言条件、训练数据与视觉编码器下,潜在世界模型与生成式世界模型(RAEv2)的规划性能与效率孰优;预训练世界模型能否像 Cosmos Policy 一样微调成高效策略。

与已有工作不同的是,已有两条路线各持一半答案:视频生成模型用语言接口实现了跨域、跨数据源训练,但 MPC 规划要反复评估成千上万条候选动作序列,每次都需像素级生成,代价高昂;JEPA 式 LWM 在潜空间 rollout 高效,却被数值动作接口锁死在单一域,也无法利用无动作标注的图像/视频。本文的独特切入是把视频生成模型的语言接口“移植”进 LWM,同时保持纯潜预测目标(不重建像素、不用奖励监督)。架构上进一步区别于外挂文本编码器的常见做法:直接把预测器建在一个语言模型(Qwen3.5-0.8B)上,文本 token 与视觉 token 在同一骨干内交互,语言理解与动力学预测端到端联合训练。作者指出,这是首次在匹配条件(相同语言条件、训练数据、视觉编码器)下系统比较潜在与生成式世界模型的规划能力。

核心方法

直觉上,语言是描述“动作”与“视觉变化”的公共接口,可让控制轨迹与图像/视频数据进入同一个下一状态预测目标。技术路线分两步。第一步构造语言条件转移数据:把控制转移的跨子步聚合动作经固定模板转成语言句(保留数值与方向),同时提供数值与定性(slightly/far 三档)两种描述;再补充 OpenVid-1M 帧间变化描述(Qwen3-VL 生成)、OmniEdit 与 ShareGPT-4o-Image 的编辑指令三元组。第二步是编码器-预测器架构:冻结的 DINOv2-S/14 或 DINOv3-L/16 把每帧编码为 patch 级潜表征;预测器以 Qwen3.5-0.8B 为骨干,视觉 token 经两层 MLP 投影并附加 3D 位置编码(时间 + 2D 空间),语言条件直接 tokenize 后与视觉 token 拼接,每个目标 patch 挂一个共享可学习 query,一次前向读出 $\hat{e}_{t+1}$,训练目标为 $\mathcal{L} = \|\hat{e}_{t+1} - e_{t+1}\|_2$。模型不使用本体感知状态以保持域无关;另训一个 12 层 transformer 解码器仅用于可视化。训练在 8 张 H100 上进行 20 个 epoch。

核心创新是“预测器本身就是语言模型”。已有 LWM 用 AdaLN(JEPA-WMs)、特征条件化(DINO-WM)或序列条件化(V-JEPA 2-AC)注入数值动作,均无法读文本;视频生成模型则需外挂文本编码器(如 RAEv2 用 Qwen3-0.6B),增加参数与编码开销。LaLa-World 让语言条件以原生文本 token 进入 LLM 骨干,语言理解与未来预测在同一网络内完成,无需独立文本塔。数据侧的配套创新是把“数值动作”与“视觉变化”统一成语言描述,使控制轨迹、视频、图像编辑对共享同一预测目标,从而用一个模型吃到异构数据。第三点是坚守纯潜预测:与 DreamerV3 的重建损失、TD-MPC2 的奖励监督不同,LaLa-World 只匹配未来视觉表征,既保留规划效率,也避免跨域联合训练在像素细节上互相干扰。

方法步骤详情

(1) 数据构建:Wall/PointMaze/Push-T/MetaWorld 每转移跨 5 个仿真子步,先聚合求和再转写语言;Rope/Granular 每转移对应一次推动;DROID 用 LeRobot 版本、每 4 帧取 1,从末端位姿与夹爪变化推导动作描述,取 150 万转移(约全集 20%)防止主导混合;每条转移同时配数值与定性两种模板句;视频侧取 102 万条 OpenVid 片段与 34 万编辑对。(2) 编码投影:冻结 DINO 编码器输出 patch 表征,两层 MLP 投影到骨干嵌入维度,附加正弦 3D 位置编码(乘可学习缩放)。(3) 预测训练:上下文帧数 1-3 随机采样,语言、视觉与查询 token 一起进入 Qwen3.5-0.8B,两层 MLP 头一次前向回归 $\hat{e}_{t+1}$,与目标 $e_{t+1}$ 做平方误差。(4) MPC 规划:CEM 采样数值动作序列→模板转语言→自回归 rollout $H$ 步→以 $C=\|\hat{e}_{t+H}-e_{\text{goal}}\|_2^2$ 打分→执行选中前缀→重规划;定性模式下样本先经三档分箱转换再评估。(5) LaLa-Policy 微调:加入动作 query,预测 $(\hat{e}_{t+N}, h_{t:t+N-1})$,GR00T 风格 DiT 动作头从高斯噪声流匹配生成动作块;编码器冻结,预训练预测器与新增策略模块联合训练。

技术新颖性

新颖性体现在四点。其一,以语言为动作/变化接口联合训练 LWM 属首次尝试,与把语言当观测或任务描述的 Dynalang 本质不同——这里语言是动作的载体而非额外输入。其二,LLM 直接充当动力学预测器骨干,且消融(Figure E/F)显示语言敏感性同时依赖数据与骨干:Nemotron-1B 的验证损失接近 Qwen3.5-0.8B,但方向词反转时敏感度分数几乎不变,说明低预测损失不代表模型遵循动作语义;3D 位置编码 + 可学习查询的组合语言依赖度最高,MRoPE 或原地读出都会削弱。其三,首次在匹配条件下对比潜在与生成式世界模型:同编码器(DINOv3-L/16)、同语言条件、同数据、同为约 0.8B 预测器,LaLa-World 平均 59.4% 对 RAEv2 的 40.4%/48.0%(1/5 去噪步)。其四,验证了“世界模型预训练→策略初始化”在潜世界模型上同样成立(此前只有 Cosmos Policy 在视频生成模型上证明),并以潜空间联合预测换来 5.5× 推理加速。

Overview of LaLa-World
Figure 1: Overview of LaLa-World
Examples of language-conditioned transition data
Figure 3: Examples of language-conditioned transition data

实验结果

实验覆盖规划、效率与策略三层。第一,MPC 规划(Table 1):单预测器跨域联合训练在五个仿真域平均成功率 72.1%,超最佳基线 JEPA-WMs(64.6%)7.5 个百分点,Push-T 从 68.8% 升至 81.2%;在 Rope/Granular/RoboCasa/DROID 上平均 50.5%(JEPA-WMs 44.8%),RoboCasa 为零样本(Reach 40.6%、Place 46.9%)。第二,加入图像/视频数据:平均分 59.3→61.6,且措辞改写下仅降 0.6 分(61.0),纯控制数据版下降 6.8 分(52.5)。第三,潜 vs 生成(Figure 5):12 小时预算内 LaLa-World 用 2 小时达到 5 去噪步 RAEv2 的 12 小时性能,最终 59.4% vs 48.0%,7 个基准中 6 个胜出;规划快 2.9×/13.9×(vs 1/5 去噪步),训练成本约 1/6。第四,LaLa-Policy:LIBERO 平均 97.7%,超 Cosmos Policy 97.3 与 π0.5 96.9;RoboCasa 50 演示 57.3%(对比 Cosmos-Predict2 初始化 56.0%);推理每轨迹 LIBERO 快 5.2×、RoboCasa 快 5.5×(0.86s vs 4.45s、2.12s vs 11.71s)。第五,附加分析:ImageNet 变换检索 MRR 0.856(空语言对照 0.026);LLM actor 以 90 次 rollout 在 Wall 达 100%(CEM 需 9,000 次);预训练初始化+联合训练平均 60.2%,高于随机初始化 55.6% 与单域训练 54.5%;双编码器把十基准平均提到 63.0%。

MPC planning results
Table 1: MPC planning results
RoboCasa policy results
Table 3: RoboCasa policy results
MPC planning with language actions
Figure 2: MPC planning with language actions
Benefits of image/video data inclusion
Figure 4: Benefits of image/video data inclusion
Latent vs. generative world models for MPC planning under matched setups
Figure 5: Latent vs. generative world models for MPC planning under matched setups
Visualization of predicted future states during MPC planning on DROID
Figure 6: Visualization of predicted future states during MPC planning on DROID
Predicted future observations on LIBERO and RoboCasa
Figure 7: Predicted future observations on LIBERO and RoboCasa
查看结构化数据
任务指标本文基线提升
MPC 规划(Wall/PointMaze/Push-T/MetaWorld-R/-W 五仿真域平均) 成功率 (%) 72.1 JEPA-WMs 64.6(最佳 LWM 基线) +7.5 个百分点;Push-T 81.2 vs 68.8
MPC 规划(Rope/Granular/RoboCasa-R/-P/DROID,含零样本) 成功率 (%)(DROID 为动作分) 50.5 JEPA-WMs 44.8;V-JEPA 2-AC(部分域) +5.7 个百分点;RoboCasa 零样本 40.6/46.9 vs 37.5/31.2
潜 vs 生成世界模型匹配对比规划(7 基准平均) 成功率 (%) 59.4(LaLa-World 全深度) RAEv2 5 去噪步 48.0 / 1 去噪步 40.4 +11.4 个百分点;训练成本约 1/6,规划加速 13.9×(vs 5 步)/2.9×(vs 1 步)
LIBERO 策略(Spatial/Object/Goal/Long 四套件平均) 成功率 (%) 97.7(LaLa-World 初始化) Cosmos Policy(Cosmos-Predict2 初始化)97.3;π0.5 96.9;CogVLA 97.4 +0.3~0.8 个百分点,推理每轨迹 0.86s vs 4.45s(5.2×)
RoboCasa 策略(24 个厨房任务,50 条人类演示/任务) 成功率 (%) 57.3(LaLa-World 初始化) Cosmos Policy(Cosmos-Predict2 初始化)56.0;π0.5 54.5 +1.3 个百分点,推理每轨迹 2.12s vs 11.71s(5.5×)

局限与改进

作者承认的局限:预测器只有单步潜状态监督,未做多步自回归损失,长序列 rollout 能力未验证;MPC horizon 最长 6 步,远后果预见不足;LaLa-Policy 仅在仿真评测,未上真机;训练数据规模远小于 Wan 等视频生成模型,广域数据收益是否随规模持续未知;解码图像存在视觉失真。我自己的观察:其一,编码器完全冻结,Table D 显示首选编码器随基准剧烈波动(DINOv2-S 在 Push-T 81.2% 但 MetaWorld-R 仅 8.3%),暴露表征-动力学错配;其二,动作聚合把 5 个子步求和再均分执行,丢弃步内变化;其三,定性语言动作在 Push-T 崩至 4.2%(数值版 81.2%),幅值粗化在精细操作域代价极大;其四,CEM 每轨迹仍需数千次 rollout,LLM actor 虽省 100× 调用但 GPT-6 Astra 在 RoboCasa-R 仅 17.4%;其五,RAEv2 基线初始化自 ImageNet 生成预训练而非视频级大模型,“潜优于生成”对更强视频基线是否成立存疑。

独立分析的弱点

独立弱点分析:1) 单步监督限制长程想象——候选序列第 5、6 步的预测误差会累积,且每次 rollout 只预测一帧,改进方向是引入多步 rollout 损失或分层预测(粗粒度远期 + 细粒度近期);2) 冻结编码器使潜空间不为控制服务——DINO 特征偏向语义识别而非动力学要素(位置、速度、接触力),可借鉴 LeWorldModel 用 SIGReg 防塌缩做端到端训练,或为世界模型定制预训练目标;3) 语言接口的封闭性——模板词汇固定,加入图像/视频数据后改写鲁棒性仅恢复到 -0.6 分,真实用户或 LLM 输出的措辞多样性更高,可加入指令重写增强与更大规模 caption 数据;4) 规划成本依赖目标图像编码——无目标图的真实任务需要接入奖励/价值模型,作者提出的 best-of-N + 价值预测是可行方向;5) 零样本规划性能有限(RoboCasa-R 40.6%),可沿 V-JEPA 2-AC 路线做 DROID 式定向后训练;6) 评测全部在仿真或离线 DROID 动作分上完成,真机 sim-to-real 差距未量化,语言转写的舍入误差在真机上可能被放大。

未来方向

作者在附录 B 提出六个方向:扩大数据与模型容量并分别消融规模效应;在防塌缩约束下端到端训练视觉表征;把监督从单步扩展到自回归多步序列;延长规划 horizon 以评估远期后果;在真实机器人上验证 LaLa-Policy;为 LaLa-Policy 引入价值/未来状态预测以支持 best-of-N 规划(对齐 Cosmos Policy 的做法)。基于本文成果还可延伸:把“通信式世界建模”(LLM actor 以 90 次 rollout 达到 CEM 9,000 次的效果,调用减少约 100×)发展为分层智能体——LLM 负责提议与修正语言动作,世界模型负责想象打分,形成人可读的规划对话;利用双编码器互补性(63.0% vs 单 DINOv3 的 53.7%)研究多表征融合或表征蒸馏;把图像编辑对扩展为“指令式反事实推理”数据源,训练模型理解非动作类场景变化;以及用 LaLa-Policy 的未来潜预测做执行前安全性检查。

复现评估

复现条件较好。论文提供项目主页与 LaLa-World、LaLa-Policy 代码链接(NAVER AI Lab 出品)。训练数据全部公开:仿真数据与 DROID 来自 DINO-WM/JEPA-WMs 与 LeRobot 发布,OpenVid-1M、OmniEdit、ShareGPT-4o-Image 均开放下载;策略实验直接使用 Cosmos Policy 发布的 LIBERO/RoboCasa 数据。骨干 Qwen3.5-0.8B 与 DINOv2/DINOv3、SigLIP2 均为公开权重,RAEv2 基线用官方 checkpoint 初始化。附录 D 给出完整超参(AdamW、batch 512、峰值学习率 $2\times10^{-4}$、20 epochs)与各基准 CEM 设置,评测协议沿用 JEPA-WMs/DINO-WM。门槛在算力:训练均需 8×H100 80GB,CEM 评测每轨迹需数千次 rollout、基建成本高。个人小规模复现可缩小骨干或退回单域训练,作者的架构消融表明核心结论在缩小配置下仍可观察。

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