DIPO

雙狀態(tài)約束×復(fù)雜數(shù)據(jù)驅(qū)動應(yīng)用于具身智能仿真的3D鉸鏈物體生成新范式

在具身智能從理解環(huán)境向與環(huán)境交互進化的當下，構(gòu)建真實且可交互的仿真環(huán)境是重要路徑。單一剛體生成已難滿足需求，機器人需要面對的是柜門、抽屜、微波爐等大量具有物理約束的鉸鏈物體。受限于復(fù)雜的運動學(xué)結(jié)構(gòu)，高質(zhì)量3D鉸鏈物體資產(chǎn)極為稀缺。

地平線與合作者們提出DIPO，創(chuàng)新性地利用“靜止+活動”雙狀態(tài)圖像作為條件，結(jié)合思維鏈(Chainof Thought)圖推理，僅需兩張圖片實現(xiàn)結(jié)構(gòu)合理、運動一致、可供機器人交互操作的鉸鏈3D資產(chǎn)生成。此外，還打造了自動化鉸鏈資產(chǎn)構(gòu)建鏈路，開源了大規(guī)模復(fù)雜鉸鏈物體數(shù)據(jù)集PM-X。為機器人操作和通用場景仿真下的鉸鏈物體生成開啟了新的范式。該成果已被學(xué)術(shù)頂會NeurIPS2025錄用。

?技術(shù)報告：

https://arxiv.org/abs/2505.20460

?Huggingface Demo：

https://huggingface.co/spaces/HorizonRobotics/DIPO

?PM-X數(shù)據(jù)集：

https://huggingface.co/datasets/HorizonRobotics/DIPO-Dataset

? 項目主頁：

https://rq-wu.github.io/projects/DIPO

行業(yè)痛點：3D鉸鏈物體的資產(chǎn)荒

邁向通用具身智能，需要機器人需要在仿真環(huán)境中與冰箱、烤箱等復(fù)雜鉸鏈（可活動關(guān)節(jié)）物體進行深度交互訓(xùn)練。然而此類資產(chǎn)的構(gòu)建面臨“采集難、建模慢、數(shù)據(jù)簡”的挑戰(zhàn)：真實物體的關(guān)節(jié)參數(shù)與運動范圍測量成本極高；人工逐件裝配與URDF標注耗時費力；主流數(shù)據(jù)集（如 PartNet-Mobility）平均部件數(shù)不足5個，其低復(fù)雜度結(jié)構(gòu)滯后于真實世界的物理多樣性，嚴重制約了智能體的場景泛化能力。

模型方案：雙狀態(tài)輸入+思維鏈推理

DIPO摒棄了“單圖猜結(jié)構(gòu)”的傳統(tǒng)路徑，開辟了一條新的技術(shù)路線：通過輸入物體“靜止狀態(tài)圖”與“關(guān)節(jié)活動狀態(tài)圖”這一對雙狀態(tài)圖像，顯式編碼關(guān)鍵的運動信息。

提出了一個雙狀態(tài)注入模塊，通過注意力機制讓模型學(xué)習(xí)“靜止”與“活動”兩張圖像之間的差異，捕捉圖像對間的關(guān)聯(lián)特征，從而生成可靠的部件布局與關(guān)節(jié)參數(shù)。為了解決復(fù)雜物體部件連接關(guān)系（如多層抽屜、雙開門）的識別難題，DIPO引入了基于思維鏈的圖推理器。 這個推理器模擬了人類的認知過程，分步驟進行邏輯推斷，大幅提升了模型對復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)的理解的準確性。

數(shù)據(jù)引擎：自動化構(gòu)建復(fù)雜資產(chǎn)

為了增強模型對復(fù)雜物體的泛化能力，靠現(xiàn)有的簡單數(shù)據(jù)集（如 PartNet-Mobility）是遠遠不夠的。為此，DIPO提出了一套全自動的數(shù)據(jù)集構(gòu)建流程。

基于此流程，發(fā)布了大規(guī)模數(shù)據(jù)集PM-X。該數(shù)據(jù)集單個鉸鏈物體平均部件數(shù)達到19.4個，現(xiàn)有數(shù)據(jù)集僅為5-8個，極大地豐富了訓(xùn)練數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)多樣性與生成模型的泛化性。

實驗結(jié)果：SOTA 性能表現(xiàn)

實驗表明，DIPO在多項指標上均超越了現(xiàn)有最先進方法，在PartNet-Mobility測試集與分布外的ACD測試集上，重建指標與圖預(yù)測準確率均顯著高于基線方法。

DIPO與基線模型的可視化對比。 涵蓋PM、ACD數(shù)據(jù)集及真實場景樣本，展示了基于雙狀態(tài)圖像輸入的連接圖預(yù)測與鉸鏈生成結(jié)果，紅框標記了基線方法的連接錯誤。

總結(jié)與展望

DIPO通過引入雙狀態(tài)圖像這一低成本、高信息的輸入模態(tài)，結(jié)合思維鏈推理與自動化數(shù)據(jù)工廠，解決復(fù)雜鉸鏈物體生成的難題。這項工作不僅大幅提升了生成資產(chǎn)的結(jié)構(gòu)合理性與運動一致性，更為具身智能仿真環(huán)境的快速構(gòu)建提供了一種高效、可擴展的新范式。DIPO的代碼與PM-X數(shù)據(jù)集已向社區(qū)開源，持續(xù)推動3D生成與具身智能仿真領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。