当前位置:

首页 > 硬件相关 > 港中大联合多校:AI实现模块化房间构建与机器人动态交互能力提升

港中大联合多校:AI实现模块化房间构建与机器人动态交互能力提升

最近,一项由香港中文大学、上海交通大学、上海人工智能实验室、微软研究院和牛津大学联合完成的研究,在arXiv上以预印本形式发布。这项研究提出了一种全新的思路,让AI生成的虚拟房间不再只是“看起来很美”。 如果你玩过《模拟人生》这类游戏,或者用过家居设计软件,大概会有这样的体验:你可以随心所欲地摆放沙

本文目录


    最近,一项由香港中文大学、上海交通大学、上海人工智能实验室、微软研究院和牛津大学联合完成的研究,在arXiv上以预印本形式发布。这项研究提出了一种全新的思路,让AI生成的虚拟房间不再只是“看起来很美”。

    如果你玩过《模拟人生》这类游戏,或者用过家居设计软件,大概会有这样的体验:你可以随心所欲地摆放沙发、床和桌子,但它们终究只是一张张“图片”——抽屉拉不开,柜门推不动,椅子也坐不上去。这种“只能看不能动”的状态,恰恰是当前大多数AI房间生成系统面临的根本困境。

    房间里的那些“哑巴”家具

    现在,情况有了转机。研究人员实现了一个目标:只需用自然语言描述一个房间,比如“一间青少年卧室,有一张带床头板的单人床、一个带多个抽屉的木衣柜,以及桌上的台灯”,系统就能自动生成一个完整的三维场景。关键不在于生成一张好看的图片,而在于生成的每一件家具都像真的一样——有内部结构、有关节、有运动范围,甚至可以让机械臂真的去拉开抽屉或推开柜门。

    这套系统名为SceneCode。它的核心创意,是把“生成房间”这件事,从“画一张图”变成了“写一段可执行的程序”。

    一、为什么之前的方案总是差那么一口气

    在SceneCode出现之前,AI生成室内场景主要有几种思路。

    第一种是“图书馆选书式”:从一个庞大的3D模型库里挑选合适的家具,然后摆放到房间里。这就像在宜家购物,你只能选择货架上已有的款式。如果你想要一个带三个抽屉加一扇玻璃门的特定酒柜,最终可能只能凑合用一个最接近的替代品。

    第二种是“AI画图式”:利用图像生成技术直接输出由三角面片构成的三维模型。这些模型看起来像家具,但本质上是一块“实心的数字泥巴”,没有内部结构,没有可活动的部件,更谈不上让机器人去操作。

    还有一种混合方式:用模型库里的现成模型处理需要活动的家具,用AI图像生成处理其他部分。这条路看起来聪明,但问题同样明显——活动家具的种类和样式被模型库的库存限制死了,而AI生成的部分又是“实心泥巴”。两套体系拼在一起,最终得到的场景既不够灵活,也不够完整。

    SceneCode的研究团队认为,这些方案的共同问题在于,它们把家具当成了“终点”——拿到一个模型就结束了。真正需要的,是把家具当成“程序”来对待,让每一件家具都有可以读取、修改、重新执行的代码根基。

    二、用“乐高说明书”理解SceneCode的核心思路

    SceneCode的核心思路,用“乐高积木说明书”来比喻最为直观。

    普通的AI生成家具,就像是直接给你一张家具的照片或雕塑。你能看到它长什么样,但不知道它由哪些零件组成,也无法更换零件或让某个部分动起来。

    而SceneCode生成家具的方式,是写一份精确的“乐高积木说明书”。这份说明书会告诉你:主体框架用什么形状的积木,前面板用什么尺寸,抽屉的滑轨从哪里开始到哪里结束,铰链的转动范围是多少度,木头部分是什么颜色,金属把手用什么材质。

    这份说明书本身,就是一段Blender Python程序。Blender是一款专业的3D建模软件,Python则是一种常用的编程语言。程序写好之后,系统在后台静默执行这段代码,就能自动“搭建”出一件完整的三维家具,而且每个零件都是独立可操作的。

    有了这份说明书,后续的改动就变得极其自然:想把四个抽屉改成两个?修改说明书里对应的参数,重新执行程序就行。想把木质把手换成金属的?改一行材质代码即可。这种灵活性,是任何“直接给你一个模型”的方案都无法提供的。

    三、从一句话到一整个可互动房间,具体怎么做到的

    SceneCode把整个房间生成任务分成了两个层面,两者像总指挥和施工队一样配合运作。

    总指挥:房间规划层

    当你输入一段描述文字,系统首先会进行整体规划。这个过程由一个“规划—设计—批评”的循环驱动:规划阶段决定下一步要放什么家具,设计阶段调用工具实际创建或调整家具,批评阶段则从渲染好的场景图像出发,结合场景状态信息和几何一致性检查,评估中间成果是否合理。

    这个规划层把房间里的家具分成四个批次依次处理:先是大型家具(床、衣柜、沙发),再是墙面挂件(画框、镜子、时钟),然后是天花板悬挂物(吊灯),最后是可操作的小物件(书本、碗、手机)。这种顺序模拟了真实装修的逻辑——先放大件再放小件,可以有效避免碰撞和遮挡问题。

    规划层最终输出的不是家具本身,而是一份“采购单”,学术上叫做AssetRequest。这份采购单写明了每件家具的类别、文字描述、目标尺寸、风格要求、在房间里的位置,以及它和其他家具或建筑结构之间的关系(比如“放在床右边”或“靠墙摆放”)。

    施工队:代码驱动的家具生成层

    拿到采购单之后,施工队开始具体建造每一件家具,这个过程分成环环相扣的几步。

    第一步是路由分配,也就是判断这件家具应该用哪种“施工方案”来建造。系统内置了六种不同的方案:墙面艺术品方案专门处理画框海报之类的薄片挂件;静态家具方案负责床、沙发这类没有活动部件的大件;简单可操作物品方案处理碗、盘子这类形状简单的物件;结构化可操作物品方案负责杯子、手机这类有多个可见部件但不需要活动关节的物品;关节物品方案则专门负责那些有活动部件的家具,比如带门的柜子、带抽屉的桌子;还有一个固定模板方案专门处理地毯这类薄薄的覆盖物,直接套用模板而不需要AI去自由发挥。

    第二步是生成“物体蓝图”,学术上叫ObjectPlan。系统会根据采购单的文字描述先生成一张参考图片,然后结合参考图片和采购单,制定出这件家具的详细零件清单:每个零件叫什么、用什么几何形状(方块、圆柱、球体、环形还是曲线)、放在物体本地坐标系的哪个位置、用什么材质、有没有对称关系,以及最关键的——这个零件会不会活动。

    第三步是蓝图验证。自由生成的蓝图可能有各种问题:把椅子腿漏掉了,把抽屉面板画得比柜体还宽,或者把活动部件和固定部件合并在一起了。系统会用一套规则检查加上AI辅助修订的流程来纠正这些问题,确保蓝图在进入代码生成环节之前就已经合理可靠。

    第四步是按零件分别生成Blender Python代码并组装。每个零件各有一段独立的程序,程序执行后生成那个零件的三维网格和材质,然后一段组装脚本把所有零件拼在一起,同时保证每个零件仍然是独立命名的Blender对象,活动部件和固定部件不会被合并成一块“实心泥巴”。

    第五步是执行验证和修复循环。每段零件程序在Blender后台真正运行,如果运行出错,系统会把错误信息和出问题的代码一起送回AI,让它修改,最多允许修改三次。程序成功运行后,再让一个批评AI看渲染出来的图像,判断这件家具的外观、结构和材质是否符合要求,不满意就触发整体精化,最多精化两轮。这套“运行—报错—修复—渲染—批评—精化”的闭环,大幅降低了最终入库家具的错误率。

    四、让家具“活”起来:关节和物理仿真的加入

    生成好看的3D家具只是完成了一半的工作。对于需要活动的家具,SceneCode还要完成一个关键步骤:把视觉模型翻译成物理仿真系统能够读懂的格式。

    具体来说,对于被标记为“可活动”的零件,系统会让一个AI辅助的关节编译器来分析这些零件,然后为每个可活动部件生成一份关节描述:它的父部件是哪个(比如抽屉的父部件是柜体)、关节类型是转动式(铰链,就像门)还是滑动式(棱柱关节,就像抽屉)、转动或滑动的轴在哪个方向、运动范围的下限和上限是多少。

    除了关节信息,每个零件还会被赋予物理属性:质量(根据物件的语义类别和尺寸估算)、惯性张量(决定物体在受力时如何旋转)、以及简化的碰撞几何体(用于碰撞检测,不需要像视觉模型那样精细)。

    最终,整件家具会被导出为SDF格式——这是Gazebo等物理仿真平台通用的描述格式。有了这个文件,机械臂可以真正地去操作这件家具:推开柜门会感受到铰链的阻力,拉出抽屉会受到滑轨范围的限制。

    五、把所有家具串成一个可追踪、可局部修改的完整房间

    生成了所有家具之后,SceneCode还需要把它们正确地摆进房间,并建立一套完整的“场景状态档案”。

    每件家具生成完毕后,都会在一个叫做house_state.json的文件里注册自己的信息,包括它属于哪类物件、有哪些活动部件、关节参数是什么、在房间里的位置和朝向、放置在什么支撑面上、视觉模型文件在哪里、仿真文件在哪里。这个档案文件就像是整栋房子的“户口本”,每件家具的来龙去脉都记录得清清楚楚。

    摆放家具时,系统会自动把家具缩放到采购单指定的目标尺寸,应用规划层给出的位置和朝向,然后让家具底部对齐支撑面(地板或桌面)。摆好之后,还会进行一轮一致性检查:家具有没有陷进地板里?有没有和别的家具重叠?有没有跑到房间外面去?

    因为每件家具都有独立的程序和注册ID,如果你觉得某件家具不满意,只需要重新执行那件家具的程序,不需要重新生成整个房间。这种“局部可重新执行”的特性,是把家具表示为程序而非模型文件的直接好处。

    六、测试结果:比同类系统做得更好,优势在哪里

    研究团队用30个覆盖卧室、客厅、餐厅、厨房、浴室和地下室六类场景的文字描述来测试SceneCode,并与三个同类系统进行了对比:SceneSmith(另一个面向物理仿真的场景生成系统)、HSM(层次场景主题系统)和LayoutVLM(基于视觉语言模型的布局优化系统)。

    在语义忠实度方面,也就是“生成的房间有没有包含描述里要求的那些家具、这些家具有没有正确的属性”,SceneCode在物件数量满足率和属性满足率两项上同时领先,是唯一在这两项上都排第一的系统。属性满足率的优势尤其显著,比检索式系统LayoutVLM高出约42个百分点——这正是因为SceneCode的代码在生成时就把颜色、材质、风格等属性直接写进了构建逻辑,而不是从图库里找一个“差不多像”的替代品。

    在物理合理性方面,SceneCode的碰撞率(家具之间互相重叠的比例)约为11%,相比其他三个系统的18%到21%低了将近一半。家具跑出房间边界的比例也不到0.5%,同样是四个系统里最低的。导航连通性(房间里的空地是不是连成一片、不会被家具切割成孤立区域)达到了接近100%的满分。

    在用户评价方面,研究团队邀请了九名参与者分成三组,每组对比SceneCode和一个特定的基准系统,评估房间是否忠实于原始文字描述。结果显示,SceneCode比LayoutVLM被评价更好的频率高出约24.6个百分点,比HSM高出约13.2个百分点,比最强的对手SceneSmith也高出约2.8个百分点。在照片写实程度方面,SceneCode略输于SceneSmith——这是意料之中的,因为SceneSmith的图像生成部分可以调用更精细的照片级纹理,而SceneCode优先保证的是结构的可操作性而非视觉的逼真度。

    在单件家具质量方面,SceneCode与另一个用图像生成3D模型的系统SAM 3D Objects进行了对比。结果显示,SceneCode生成的家具平均只有约22个UV岛(UV岛可以理解为3D模型表面纹理贴图的“布片”数量,布片越少代表贴图越整洁、越容易编辑),而SAM 3D Objects平均约有96个,是SceneCode的四倍多。面数减少了约一半,顶点数也随之减少,让模型更轻量。最重要的是,SceneCode生成的模型零非流形边(非流形边是一种网格拓扑错误,会导致物理仿真引擎无法正确处理),而SAM 3D Objects仍存在这类问题。

    在实际机器人操作测试中,研究团队把SceneCode生成的关节家具导入MuJoCo物理引擎,让机械臂去推柜门、拉抽屉。实验结果显示,活动部件确实保持了独立的连杆结构和可执行的关节,机械臂能够完成接触式的物理交互操作。

    七、代码作为家具表示带来的额外好处:可编辑性和按需生成

    除了以上在数字指标上体现出来的优势,用程序表示家具还带来了两个特别实用的附带好处。

    第一个好处是参数级的可编辑性。以一棵盆栽程序为例,只需修改程序里的两个参数——叶片数量和叶面细分程度——就能得到从简洁的4片大叶到茂密的16片细叶的一系列变体,而且每个变体都有完整的UV贴图和材质信息,可以直接用于渲染和仿真。这种修改方式不需要重新生成参考图、不需要重新运行整个流程,只需改几个数字重新执行一段代码,几秒钟就能出结果。相比之下,如果你手头是一个图像生成出来的“实心泥巴”模型,想要做同样的改动,要么只能重新生成,要么只能手动用3D建模软件一点点雕刻,门槛高、时间长。

    第二个好处是突破了关节家具的数据库瓶颈。现有的关节家具数据库里有什么,检索式系统就只能给你什么。你想要一个带玻璃门的酒柜?数据库里刚好有,那就给你这个。但如果你想要一个核桃木外框、左侧一扇玻璃铰链门、右侧两个抽屉的特定组合,而这个组合在数据库里不存在,检索式系统只能给你一个“最接近的”替代品,凑合用。SceneCode不受这个限制,因为它不从数据库里选家具,它直接根据描述生成家具程序,然后执行程序得到家具。只要你能描述清楚,就能得到对应的家具,包括那些在任何现有数据库里都从未出现过的款式。

    八、这项研究的边界和未来可以去的方向

    研究团队也坦诚地指出了SceneCode目前的几个局限。

    运行时间和成本是最直接的问题。根据实验数据,生成一个房间场景平均耗时约7小时26分钟,最长的一次接近16小时40分钟,最短的也要2小时多。API调用成本平均每个场景约21.73美元,其中家具生成部分占约61%,房间规划的智能体部分占约39%。这对于研究验证来说是可接受的,但距离普通用户能够随时使用还有相当的距离。研究团队认为,通过并行化家具生成流程和训练专门针对3D资产构建的代码生成模型,这个问题在未来是可以大幅改善的。

    视觉写实度方面,纯粹基于几何基元(方块、圆柱、球体等)构建的程序化家具,在细节纹理和材质的照片写实程度上,确实不如图像生成或从真实扫描数据中提取的模型。用户研究中SceneCode略输SceneSmith的那一分劣势,根源就在这里。研究团队建议未来可以在保持程序结构可编辑的前提下,叠加神经网络纹理合成或材质精化技术来弥补这一短板。

    场景范围方面,当前系统专注于室内家居环境,这类环境有清晰的建筑先验(地板、墙、天花板)和强烈的功能约束(支撑面、可及性、导航通道)。把同样的纯代码驱动范式延伸到户外或大规模混合环境,面临地形不规则、植被有机形态、气候和光照效果复杂等一系列新挑战,需要在当前管线之上引入额外的程序化生成先验和验证策略。

    归根结底,SceneCode做的事情可以用一句话来概括:它把“生成一件家具”这件事,从“交给你一张照片”变成了“给你一份可以随时执行和修改的建造说明书”。这个转变看起来只是换了一种存储方式,实际上带来的是一连串实质性的能力升级:家具可以被修改,活动部件可以被真正操作,机器人可以在里面学习如何开门拉抽屉,整个场景可以在不重建的前提下局部调整。

    对于正在思考如何让AI生成的虚拟世界真正对机器人有用、对具身智能研究有用的人来说,这种从“画图”到“编程”的思路转变,或许比任何单一的技术指标提升都更值得关注。

    Q&A

    Q1:SceneCode生成的室内场景和普通AI绘图生成的3D场景有什么本质区别?

    A:普通AI图像转3D生成的是一块“实心泥巴”——看起来像家具,但没有内部结构、没有活动部件、没有可以修改的参数。SceneCode生成的是一段可执行的Blender Python程序,每个零件都是独立的,抽屉能真正滑动,柜门能真正开合,程序里的参数可以修改后重新执行得到不同款式。这个区别直接决定了生成的资产能不能用于机器人操作训练。

    Q2:SceneCode生成的带抽屉柜子能直接导入游戏引擎或机器人仿真软件使用吗?

    A:可以。SceneCode会把生成的关节家具导出为SDF格式,这是Gazebo、MuJoCo等主流物理仿真平台通用的文件格式。论文中已验证机械臂能在MuJoCo中真正推开SceneCode生成的柜门和拉出抽屉,关节参数(铰链轴向、运动范围、摩擦力等)都被正确保留。

    Q3:SceneCode生成一个完整房间需要多长时间,普通人能用吗?

    A:目前生成一个房间场景平均耗时约7个半小时,API费用约21美元,最长可能接近17小时。这个速度和成本对普通消费者来说还远不实用,目前主要面向具身智能和机器人领域的研究者。研究团队认为通过并行处理和专用代码生成模型可以大幅提速,但何时能达到普通人随时可用的程度,目前还没有明确时间表。

    本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
    作者最新文章
    硬件相关 机器人
    相关文章 更多
    AI Agent、Genie 4与机器人有什么区别?从任务输入到场景演示
    AI Agent、Genie 4与机器人有什么区别?从任务输入到场景演示

    认识AI Agent、Genie 4与机器人的区别:任务输入不等于完成结果,世界模拟不等于现实执行,装载机动作展示也不能替代完整工程验收。

    贾跃亭的FF机器人亮相CBS、引爆街头:借势世界杯“轻巧破圈”
    贾跃亭的FF机器人亮相CBS、引爆街头:借势世界杯“轻巧破圈”

    法拉第未来EAI机器人亮相洛杉矶世界杯庆典,被CBS报道,实现零广告费破圈。目前推出三大系列机器人,截至5月累计交付137台,年度目标上调至1500台。近期获7000万美元融资,将发布机器人教育生态战略,加速物理AI领域布局。

    启元机器人加速线下布局:亚洲首店落子深圳,上海全球首店同步筹备
    启元机器人加速线下布局:亚洲首店落子深圳,上海全球首店同步筹备

    启元机器人加速线下布局,亚洲首店已在深圳卓悦中心设围挡,上海全球首店同步筹备,西安等地也在推进中。作为上纬新材在消费级具身智能领域的核心载体,其聚焦个人机器人赛道,研发投入同比增长超500%。

    【城事】001,世界会客厅首位机器人员工上岗
    【城事】001,世界会客厅首位机器人员工上岗

    6月16日,世界会客厅迎来首位智能导览员——编号001的人形机器人正式上岗。它身高约1.7米,通体银白,可提供多语种讲解、智能引导与互动问答,致力于提升智慧化参观体验。同日,世界会客厅举办了年度品牌日暨首秀5周年纪念活动。

    300名截肢患者,正在变成机器人的触觉训练师
    300名截肢患者,正在变成机器人的触觉训练师

    约300名截肢患者日常使用仿生手产生的触觉与运动数据,被PSYONIC用于机器人灵巧手训练,通过“真实到真实”迁移绕过仿真环节,将人类操控经验直接迁移至机器人。已与ABB、NVIDIA合作探索汽车制造等工业场景,但数据规模与可靠性仍需验证。

    香港中文大学、上交大联合研究团队让机器人
    香港中文大学、上交大联合研究团队让机器人"看"懂人类双手动作

    ACE-Ego-0框架将人类双手视频与机器人数据统一到头部摄像头坐标系,通过形态条件化和可靠性加权损失处理结构差异与噪声。在超6000小时数据上预训练,于仿真和真实双臂机器人测试中刷新多项基准,平均成功率72.8%,真实任务达78.3%。

    暑期回国研学新选择:北上深杭科技之旅,让孩子边玩边学收获满满
    暑期回国研学新选择:北上深杭科技之旅,让孩子边玩边学收获满满

    暑期科技研学聚焦北京、上海、深圳、杭州,项目涵盖京东智能物流、小米汽车工厂、火箭制造、3D打印、机器人、无人机、航天及大飞机总装等,让孩子深入体验智能制造,实现沉浸式职业启蒙。

    顺丰同城机器人末端运力上线 助力肯德基“车速取”体验升级
    顺丰同城机器人末端运力上线 助力肯德基“车速取”体验升级

    顺丰同城上线机器人末端运力,与肯德基“车速取”合作,实现即停即取。机器人独立承担门店与路边取餐点间短途接驳,替代店员跑腿,推动无人物流从室内走向室外场景,拓宽服务半径。

    活力中国调研行|在智造一线,看机器人“结”新硕果
    活力中国调研行|在智造一线,看机器人“结”新硕果

    天津机器人产业加速爆发,水下助推器、高速分拣并联机器人及人形取货机器人等应用场景涌现。智能机器人已列重点产业链,前4个月规上企业产值同比增长12.8%,产业生态逐步构建。

    国家医保局:为“远程手术”等辅助操作统一价格立项
    国家医保局:为“远程手术”等辅助操作统一价格立项

    国家医保局发布指南,为3D打印、手术机器人、远程手术等辅助操作统一价格立项,按技术精度分类定价,鼓励用于高难度手术。机械臂耗材费用纳入定价,降低患者支出;首次设立远程手术辅助操作费;要求医疗数据及设备日志本地存储并实时上传,否则核减价格。

    查看更多
    精品专题 更多
    装机必备
    装机必备

    正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

    Windows
    Windows

    正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

    PDF教程
    PDF教程

    正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

    Mac软件 更多
    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    Aperty macOS版
    Aperty macOS版
    macOS

    Aperty 是 Skylum 推出的 AI 人像修图软件,支持自然肤质修饰、瑕疵处理、面部与身体调整、预设及批量同步。

    WINDOWS 更多
    讯飞智作 网页版
    讯飞智作 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

    火山引擎 网页版
    火山引擎 网页版
    Windows/ macOS/ Linux

    火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

    PixTV 网页版
    PixTV 网页版
    Windows

    PixTV 是一款在浏览器中使用的 AI 视觉内容创作平台,提供图片、视频、音频、文字生成、AI 分镜、局部重绘、提示词反推和无限画布等工具,适合短剧、漫剧、广告及社交媒体内容制作。