Cognitive scientists believe adaptable intelligent agents like humans perform reasoning through learned causal mental simulations of agents and environments. The problem of learning such simulations is called predictive world modeling. Recently, reinforcement learning (RL) agents leveraging world models have achieved SOTA performance in game environments. However, understanding how to apply the world modeling approach in complex real-world environments relevant to mobile robots remains an open question. In this paper, we present a framework for learning a probabilistic predictive world model for real-world road environments. We implement the model using a hierarchical VAE (HVAE) capable of predicting a diverse set of fully observed plausible worlds from accumulated sensor observations. While prior HVAE methods require complete states as ground truth for learning, we present a novel sequential training method to allow HVAEs to learn to predict complete states from partially observed states only. We experimentally demonstrate accurate spatial structure prediction of deterministic regions achieving 96.21 IoU, and close the gap to perfect prediction by 62 % for stochastic regions using the best prediction. By extending HVAEs to cases where complete ground truth states do not exist, we facilitate continual learning of spatial prediction as a step towards realizing explainable and comprehensive predictive world models for real-world mobile robotics applications.


翻译:认知的科学家认为,像人类这样的适应性智能分子通过对物剂和环境的因果智模拟来进行推理。学习这种模拟的问题是所谓的预测世界模型。最近,利用世界模型的强化学习(RL)代理商在游戏环境中取得了SOTA的性能。然而,如何在与移动机器人有关的复杂的现实世界环境中应用世界模型方法仍然是一个尚未解决的问题。在本文件中,我们提出了一个框架,用于学习真实世界道路环境的概率预测世界模型。我们使用一种等级VAE(HVAE)来实施模型,能够预测从累积的传感器观测中充分观察到的、看似合理的世界。虽然之前的HVAE方法需要完整的状态作为学习的地面真相,但我们提出了一个新的连续培训方法,使HVAE能够学习只从部分观察的州预测完整的状态。我们实验性地展示了确定性区域准确的空间结构预测,达到96.21 IoU,并用最佳的预测来缩小对随机区域62 %的准确预测。我们通过将HVAEE(HVAEE)扩展到完全的地面真理状态,作为实现世界的预测,我们不断学习一个完整的空间预测,以了解一个完整的空间预测,以了解世界的步伐来了解世界的模型,我们如何实现。

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