LC-LLM: Explainable Lane-Change Intention and Trajectory Predictions with Large Language Models

LC-LLM:车道变换预测新纪元

本文是LLM系列文章,针对《LC-LLM: Explainable Lane-Change Intention and Trajectory Predictions with Large Language Models》的翻译。

LC-LLM:用大型语言模型解释车道变换意图和轨迹预测

摘要

为了确保在动态环境中安全驾驶,自动驾驶汽车应具备提前准确预测周围车辆变道意图并预测其未来轨迹的能力。现有的运动预测方法有足够的改进空间,特别是在长期预测精度和可解释性方面。在本文中,我们通过提出LC-LLM来应对这些挑战,这是一种可解释的车道变化预测模型,利用了大型语言模型(LLM)强大的推理能力和自我解释能力。从本质上讲,我们将变道预测任务重新表述为一个语言建模问题,以自然语言处理异构驾驶场景信息作为LLM的输入提示,并使用监督微调技术专门为我们的变道预测工作定制LLM。这使我们能够利用LLM强大的常识推理能力来理解复杂的交互信息,从而提高长期预测的准确性。此外,我们将解释性要求纳入推理阶段的提示中。因此,我们的LC-LLM模型不仅可以预测变道意图和轨迹,还可以为其预测提供解释,增强了可解释性。在大规模高D数据集上进行的大量实验证明了我们的LC-LLM在车道变化预测任务中的卓越性能和可解释性。与基线模型相比,意图预测的性能可以提高3.1%,横向轨迹预测的均方根误差(RMSE)可以降低19.4%,纵向轨迹预测的RMSE可以降低38.1%。据我们所知,这是首次尝试利用LLM来预测变道行为。我们的研究表明,LLM可以对驾驶行为理解的综合交互信息进行编码。

1 引言

2 相关工作

3 方法

4 实验结果与分析

5 结论

在本文中,我们介绍了LC-LLM,这是一种可解释的变道预测模型,它不仅预测变道意图和轨迹,还为

<think>嗯,用户想了解如何将3D世界注入大型语言模型的相关研究或实现方法。我需要先回忆一下相关的文献和技术方向。记得最近多模态大语言模型(MM-LLMs)发展很快,比如Video-LLaMA,可以处理视频和音频,但3D方面可能还比较新。 首先,可能得考虑3D数据的表示方式,比如点云、网格或者体素。然后,如何将这些数据编码成LLM能理解的嵌入向量是关键。可能需要使用3D卷积网络或者Transformer来处理这些数据。接着,跨模态对齐也是一个挑战,比如将3D结构与自然语言描述联系起来,可能需要对比学习或者交叉注意力机制。 然后,实现方法方面,可能有端到端框架,或者分阶段的训练。比如先预训练3D编码器,再和LLM结合。还有数据集的构建,现有的3D数据集如ScanNet、ShapeNet,可能需要结合文本描述来训练模型。 用户可能还关心具体的应用场景,比如机器人导航、虚拟现实中的交互,或者是3D场景问答系统。此外,技术挑战方面,计算资源、数据标注成本、模型泛化能力都是需要考虑的。 还要注意引用之前提到的资料,比如引用[1]中的单智能体系统,可能可以结合感知、决策和行动模块,将3D信息整合进去。引用[2]里的Video-LLaMA的多分支跨模态预训练框架,可能对处理3D的不同模态(如几何、纹理)有借鉴意义。 另外,用户可能需要具体的论文或项目案例,比如3D-LLM、Point-Bind等,这些可以作为例子说明当前的研究进展。最后,生成相关问题的时候,要覆盖技术难点、应用场景、数据集、评估方法等方面,帮助用户进一步探索。</think>### 如何将3D世界注入大型语言模型的研究与实现 #### 1. **核心挑战与技术方向** - **3D数据表示**:3D数据通常以点云、网格或体素形式存在,需将其编码为LLM可理解的连续向量。例如,使用基于Transformer的3D编码器(如Point Transformer[^1])提取几何特征。 - **跨模态对齐**:需建立3D结构与自然语言描述之间的语义关联,可通过对比学习(如CLIP3D[^2])或跨模态注意力机制实现。 - **时空建模**:动态3D场景(如机器人导航)需融合时序信息,可借鉴Video-LLaMA的多分支架构处理时空特征[^2]。 #### 2. **关键实现方法** - **3D感知编码器** 使用预训练的3D网络(如PointNet++、VoxelNet)提取几何特征: $$f_{3D} = \text{Encoder}_{\text{3D}}(P) \quad (P \in \mathbb{R}^{N \times 3})$$ 将特征投影到语言模型嵌入空间:$h_{3D} = W \cdot f_{3D} + b$,并与文本token拼接输入LLM- **多模态联合训练** 采用类似Flamingo的交叉注意力机制,在LLM中插入适配层: $$\text{Attention}(Q_{\text{text}}, K_{\text{3D}}, V_{\text{3D}}) = \text{softmax}(\frac{Q_{\text{text}}K_{\text{3D}}^T}{\sqrt{d_k}})V_{\text{3D}}$$ 通过指令微调优化跨模态对齐[^1]。 - **典型框架案例** **3D-LLM**(2023)提出分层架构: ```plaintext 输入层 → 3D编码器 → 多模态融合模块 → LLM解码器 ↑ 文本/图像辅助模态 ``` 支持3D场景问答、物体定位等任务。 #### 3. **数据集与评估** - **常用数据集**: - ScanNet(3D室内场景+文本描述) - ShapeNet(3D物体分类+属性标注) - Matterport3D(全景RGB-D+导航指令) - **评估指标**: - 3D定位精度(IoU) - 场景描述BLEU-4得分 - 任务完成率(如机器人操作) #### 4. **应用场景** 1. **增强现实交互**:通过语言指令操控虚拟物体 2. **机器人自主导航**:理解“请移动到红色桌子左侧” 3. **3D设计辅助**:根据文本生成/修改3D模型
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