RSS 2025｜斯坦福提出「统一视频行动模型UVA」：实现机器人高精度动作推理

导读

在机器人领域，让机器人像人类一样理解视觉信息并做出精准行动，一直是科研人员努力的方向。今天，我们要探讨的统一视频行动模型（Unified Video Action Model，UVA），就像给机器人装上了一个“超级大脑”，为实现这一目标带来了新的突破。

©️【深蓝AI】编译

论文题目：Unified Video Action Model

论文作者：Shuang Li, Yihuai Gao, Dorsa Sadigh, Shuran Song

论文地址：https://arxiv.org/pdf/2503.00200

项目地址：https://unified-video-action-model.github.io/

一、UVA诞生的“前因后果”

以往的机器人研究中，视频生成和行动预测的“配合”总是不太默契。行动建模追求捕捉精细动作的高时间速度，视频生成则侧重于高空间分辨率以输出逼真视觉效果，这导致两者难以平衡，处理速度也受到影响。

传统的策略学习方法往往顾此失彼。只关注行动的方法，像跳过视频生成的那些，虽然计算简单，但错失了视频带来的场景动态信息，容易过度依赖行动历史，在面对视觉干扰时就“露怯”了。而先生成视频再预测行动的方法，速度慢不说，视频生成的误差还会“传染”到行动预测中。

为了解决这些难题，UVA应运而生。它就像一位“协调大师”，致力于同时处理视频和行动信息，精准把握视觉与行动之间的潜在联系，让机器人在理解任务时更加“聪明”，还能在推理时快速做出行动预测。

图1 | 统一视频行动模型

二、UVA的“智慧核心”

（一）统一潜在视频 - 行动表示

UVA采用统一的潜在表示，将视觉和行动数据“融合”在一起。和传统分层生成视频和行动的策略方法不同，UVA在训练时同时接受视频和行动数据的监督。这使得它能够以较低的计算成本，捕捉到视觉和行动领域之间复杂的动态关系。通过潜在表示中丰富的场景信息，UVA在理解复杂环境和做出精准行动预测方面表现出色。

（二）解耦视频 - 行动扩散以实现快速推理

为了提升效率，UVA把视频生成和行动预测“分开处理”。训练时，它用两个轻量级扩散头从统一的潜在空间中解码视频观察和行动；推理时，直接利用潜在表示进行快速行动预测，跳过视频生成这一步骤。这样既保留了训练中学习到的丰富信息，又能像只关注行动的方法一样快速推理，实现了实时策略部署。

（三）掩码训练增加灵活性

UVA通过掩码训练解锁了多种功能。它可以根据不同任务的需求，灵活地掩盖输入和输出。比如，在只有图像观察时，它能像逆动力学模型一样从视频中生成行动标签。这种训练方式不仅充分利用了各种数据组合，还能防止模型过度适应特定任务，增强了模型的通用性和鲁棒性。

三、UVA的“多面手”能力

（一）作为策略模型的出色表现

在策略学习方面，UVA在多种任务场景中都展现出了强大的实力。在模拟环境的单任务评估中，它能与最先进的Diffusion Policy（DP - C）模型媲美，在多任务评估中更是表现卓越。以PushT - M任务为例，UVA的成功率比最好的基线方法高出20%，在Libero10基准测试中也高出5%。

在真实世界的任务中，UVA同样表现出色。虽然在单任务设置下，它的表现与针对特定数据集优化的DP - UMI相近，但在多任务设置下，UVA的优势就凸显出来了。在杯子排列、毛巾折叠和鼠标排列等任务中，UVA的成功率比DP - UMI更高。而且，UVA在处理视觉干扰、适应不同历史长度输入方面也有很好的表现，充分证明了联合视频 - 行动建模的重要性。

图2 | 网络架构

（二）作为视频生成器的优秀成果

UVA在视频生成方面也毫不逊色。通过掩码自动编码器训练，它能够以自回归的方式生成视频。与UniPi相比，UVA生成的视频质量更高。在Libero10和杯子排列数据集上，UVA生成视频的Fréchet Video Distance（FVD）得分更低，这意味着它生成的视频在视觉保真度和时间连贯性上表现更好。即使只进行一步自回归生成，UVA在杯子排列任务上的表现也优于UniPi，增加生成步数后效果更优。

（三）作为前向动力学模型的显著成效

UVA还能作为前向动力学模型，指导预训练策略模型的行为。在块推动任务中，UVA可以根据历史观察和采样的行动预测未来观察，帮助策略模型选择更好的行动轨迹。实验表明，借助UVA的指导，预训练策略模型DP - C的成功率从38% 提升到了60%，虽然比不上使用真实模拟器，但也极大地提高了任务完成的成功率。

图3 | 模拟环境

（四）作为逆动力学模型的可靠性能

在逆动力学方面，UVA同样表现出了良好的性能。以UMI杯子排列数据为例，UVA预测的行动与真实行动的误差较小。与UniPi的逆动力学模型相比，UVA预测的行动更加连贯；与视觉惯性SLAM系统相比，虽然UVA的误差略高，但仍在可接受范围内，并且具有更好的泛化能力，有望成为难以校准且失败率高的SLAM的替代方案。

四、UVA的“现在”与“未来”

UVA的出现，为机器人领域带来了新的希望。它能够充分利用视频数据进行监督，在推理时快速预测行动，还具备多种功能，在多任务学习等方面表现出色。不过，UVA也并非完美无缺。目前，它还没有充分利用大量无行动视频数据，这使得它在一些真实世界任务中的表现与DP - UMI相当。

展望未来，研究人员计划在大规模网络视频数据集上对UVA进行预训练，以增强其泛化能力。此外，通过添加更多的扩散头，UVA有望预测声音、力等更多模态，成为一个更全面、更通用的框架。

统一视频行动模型UVA为机器人的发展开辟了新的道路。随着技术的不断进步，相信UVA将不断完善，让机器人在更多领域发挥重要作用，为我们的生活带来更多便利和惊喜。让我们一起期待UVA在未来创造更多的可能！