坐标文本用 token 换精度
多模态大语言模型(MLLM)做感知时,会把框或掩码的坐标当作文本输出。这种表示没有最小量化单位,因此能以任意精度表达任意范围;但每个数字和分隔符都是模型必须生成、语言模型必须学会解析的 token。论文把这一点概括为双重代价:推理时 token 开销大,学习也更困难,因为模型必须识别浮点数的结构。
常见替代方案是固定范围量化:把坐标归一化到固定整数区间(例如 0 到 1000),再映射为特殊 token。这样输出更短,但论文认为它带有两个约束,而且任务从 2D 转向 3D 时更明显:数值范围有界,精度受最小量化步长限制。在 2D 中,图像范围有限,部分掩盖了这些限制;在 3D 中,论文把空间范围视为无界,且定位必须精确,因此固定范围方案要么漏掉部分场景,要么损失精度。
用一条向量序列统一 2D 与 3D 输出
DVD 的做法是不再把坐标当作文本,而是把感知输出当作向量。论文把不同形式的输出(具体是 2D 边界框、2D 掩码和 3D 边界框)转换成一条 1D 向量序列,再把该序列映射为高维空间中的紧凑离散 token。一个轻量反 token 化器负责反向操作,把模型输出的 token 解码回原来的 2D 或 3D 表示。
这一设计的前提借自向量量化自编码器:它通过一个有限的码本,为连续数据学习紧凑的离散编码。论文给出的论点是,低维空间的紧凑表示可以在高维空间中实现。实际效果是,MLLM 只生成少量学到的码本索引,而不是坐标字符串,反 token 化器再把这些索引还原成几何信息。同一套流程同时用于框和掩码,也同时用于 2D 和 3D,这就是论文所说的统一表示。
token 数、延迟与精度需一起看
对判断最有价值的比较,是论文在相同训练设置和算力下,按每个对象测量 token 数、延迟和性能。在 3D 定位上,文本坐标达到 37.5 AP3D,每个对象用 74 个 token、4165 ms;特殊 token 降到 17.5 AP3D,用 15 个 token、713 ms;DVD 达到 34.1 AP3D,用 8 个 token、499 ms。在 2D 定位上,文本为 84.5 P@50,用 15 个 token、750 ms;特殊 token 为 83.2,用 4 个 token、274 ms;DVD 为 87.1,用 2 个 token、143 ms。在 2D 指代表达式分割上,文本为 48.0 cIoU,用 512 个 token、24410 ms;特殊 token 为 42.9,用 128 个 token、8771 ms;DVD 为 56.3,用 64 个 token、1715 ms。
这是三种不同任务设置下的三个不同指标,不能合并成一个效率数字。它们共同说明的是 DVD 的位置:在 3D 定位精度上它没有超过文本,但差距只有 3.4 AP3D,而 token 数约为文本的九分之一,延迟约为八分之一;在 2D 定位和 2D 分割上,它同时超过两个基线。论文自己的解读是,文本保留原始坐标值,范围和精度不受限,因此在 3D 上仍有轻微精度优势;特殊 token 则因范围和精度限制损失严重。
2D 与 3D 任务上的基准结果
在 RefCOCO 系列上,DVD-8B 在 RefCOCO 的 val、testA、testB 上分别达到 75.4、76.9、74.6;在 RefCOCO+ 上为 70.1、74.7、65.9;在 RefCOCOg 的 val 和 test 上 cIoU 为 73.4 和 76.6。论文把 RefCOCOg test 的数字与 VistaLLM-7B 比较,并把更低的延迟归因于 token 开销减少。较小的 DVD-2B 在 RefCOCO 上为 69.9、70.7、69.7,在 RefCOCOg 上为 70.4 和 71.0,说明增益在不同模型规模上并不一致。
3D 评估覆盖四个基准,兼顾室内和室外:SUN-RGBD 和 Hypersim 用于室内场景,KITTI 和 nuScenes 用于室外驾驶场景。论文还报告了一项把自编码器与语言模型隔离开的重建检查:把量化 token 解码回几何信息,3D 定位得到 90.8 AP3D,2D 定位得到 100.0 精度,2D 指代分割得到 84.8 cIoU。这项检查重要,因为它说明在任何 MLLM 推理介入之前,token 瓶颈本身就能保留空间信息。
码本大小决定压缩上限
消融实验解释了默认配置为何如此,但它们是在 DVD-2B 上、用完整训练迭代的 30% 运行的,因此属于诊断性结果,而非最终数字。码本大小是最清晰的取舍:2048 个条目对多样几何欠拟合(88.9 AP3D、84.5 精度),8192 个条目让量化和码本学习更难,重建变差(85.1 AP3D、76.8 cIoU),4096 个条目在三个任务上最好,成为默认设置。
下采样也呈现类似的断崖。与不压缩相比,尺度 2 把 token 数减半,同时保持 90.8 AP3D 和 100.0 精度,甚至略微提升 3D 定位;尺度 4 造成严重信息损失,2D 定位精度降到 31.5。潜在维度表现相同:8 太窄(83.0 AP3D),32 没有稳定增益,还略微降低 3D 质量(88.4 AP3D),16 是稳定的中间值。几何损失是论文称为不可或缺、而非仅仅有用的组件:它在 3D 定位上增加 10.1 AP3D,在 2D 分割上增加 10.0 cIoU,而在已接近饱和的 2D 定位上只增加 0.9 精度。
统一表示在何处成立
联合训练检验的是一种表示能否同时服务两个领域。只在一个任务上训练自编码器时,3D 定位单独为 84.0 AP3D,2D 定位单独为 100.0 精度,2D 分割单独为 80.3 cIoU;三个任务一起训练时分别为 90.8、100.0 和 84.8。论文将此解读为联合训练提升了 3D 定位和 2D 分割,同时没有降低 2D 定位,这支持了共享向量表示不会迫使任务之间取舍的说法。
论文自己指出的局限限定了这一结论。在更大的下采样倍数下,重建质量仍有提升空间;反 token 化器是作为独立于 MLLM 的组件训练的,作者认为这可能使学到的离散 token 与模型的语义理解对齐不够理想。这两点都落在方法本身,而不是基准测试流程上,因此它们限定的是 token 节省能推进到多远,而不只是评估本身。
何时 DVD 是更优选择
论文的证据支持按场景区分,而不是给出笼统结论。当输出长度和延迟是主要矛盾时,例如 2D 指代分割中每个对象 512 个文本 token,DVD 的 64 个 token 和 56.3 cIoU(文本为 48.0)让它在两个维度上都更强。当 3D 定位精度是硬约束时,文本仍在精度上胜出,DVD 的理由在于接受 3.4 AP3D 的差距,换取 token 数和延迟约一个数量级的下降。
配置选择进一步说明这是一个调参问题,而不是固定属性:4096 个码本条目、下采样尺度 2 和潜在维度 16 是论文给出的最佳取舍,继续加大压缩会显著降低重建质量。实际解读是:当系统能容忍少量 3D 精度让步、以换取大幅 token 和延迟节省时,DVD 最有吸引力;当全范围、高精度 3D 坐标是优先事项时,它最不具吸引力。
本文引用的文献
DVD: Dynamic Vector Decoding for Efficient MLLM-based Perception
DVD 通过 1D 向量序列把 2D 框、2D 掩码和 3D 框映射为紧凑离散 token,大幅降低 token 数和延迟;在 2D 任务上匹配或超过文本坐标,在 3D 定位上略逊。
