英伟达、Niantic Spatial与Flexion联手,用360度相机和3DGS技术破解机器人“仿真到现实”难题

🤖 由 文心大模型 生成的文章摘要

机器人从仿真训练环境走向现实世界,常常面临巨大的“仿真到现实(sim-to-real)”鸿沟——虚拟场景与物理世界在视觉、物理特性上的差异会导致训练好的模型在现实中表现不佳。在英伟达Omniverse官方频道的一场直播中,Niantic Spatial、Flexion与英伟达三方展示了一条全新的解决路径:利用3D高斯泼溅(3D Gaussian Splatting, 3DGS)技术,仅用一台市售360度相机花费约500美元、扫描10分钟,就能创建一个可供机器人训练的高保真数字孪生环境,且在该环境中训练出的导航模型无需额外微调,即可直接部署到真实机器人上运行。

这一突破性工作流的核心,在于构建一个视觉与物理特性同时逼真的训练环境。

现实捕获与重建(Real2Sim):起点是Niantic Spatial的3D重建管线。使用一台普通360度相机对真实空间(如Flexion位于瑞士苏黎世的办公室)进行约10分钟的扫描后,该管线能一次性输出两种关键数据:一个用于提供逼真视觉画面的3D高斯泼溅模型,以及一个用于计算碰撞等物理交互的对齐网格(mesh)模型。两者被封装在一个USDZ文件中,可直接加载到英伟达的Isaac Sim仿真平台。Niantic Spatial通过其独有的深度模型对形状进行约束,解决了常见重建中产生的“悬浮粒子”或“地板空洞”等物理不准确问题。

大规模并行训练(Sim):在获得数字孪生场景后,Flexion在英伟达Isaac Lab平台上进行了强化学习训练。关键在于,他们训练的导航策略(policy)直接以机器人的RGB摄像头画面为输入,而非传统的深度图像。在Isaac Lab的支持下,该重建场景能高效渲染RGB图像,使得在单个GPU上就能并行训练数千个虚拟机器人,积累了数百万次的“试错”经验。

训练完成后,真正的考验来临。该RGB导航策略被零样本(zero-shot)直接部署到真实的机器人上,未经过任何额外的现实微调。实验结果令人振奋:即使测试环境发生了变化(如桌子位置移动),机器人依然能够成功按照指令依次抵达三个途经点。

更令人惊讶的是,机器人在现实世界中表现出了远超训练设定的泛化能力。它不仅避开了深度传感器难以探测的薄桌面,还对训练环境中未曾包含的物体(如透明玻璃板、细三脚架)产生了自主避让反应。实验数据也证实了在3DGS重建场景中训练的有效性:在Flexion办公室场景下,基于RGB策略在3DGS重建环境中训练的成功率高达97.8%,远高于在无纹理网格环境中训练的同类策略。

这项突破得益于英伟达机器人仿真平台的关键更新。英伟达的Gabriele Stante在直播中透露,过去的Isaac Sim 5.1因采用图像叠加方式,在光影和反射处理上存在局限。而新一代的Isaac Sim 6与Isaac Lab 3引入了光线追踪技术,能够精确处理金属、透明物体,甚至模拟高斯泼溅模型上投射的阴影,这为高保真视觉训练提供了基础。

根据官方发布信息,Isaac Lab 3.0已进入Beta阶段,其通过支持多后端物理引擎(包括基于MuJoCo-Warp的Newton引擎)实现了可“无Kit(kit-less)”运行的模式,为更快速、灵活的机器人学习研究铺平了道路。结合英伟达此前发布的Isaac GR00T平台和Lyra 2.0场景生成技术,一个从数据采集、环境生成到仿真训练、现实部署的完整物理AI开发闭环正在加速形成。

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