arxiv.org·2026/10/23
PhysibleMDM针对MDMs生成动作常违反物理约束、难以用于仿真与控制的问题,在推理时冻结生成模型,把初始与后验扩散噪声作为可优化变量,用噪声标准化约束其接近训练分布,并通过Sep-CMA-ES对完全去噪后的动作做无梯度搜索,避开昂贵且不连续的梯度;其物理可行性代理结合地面穿透、滑移、自碰撞等运动学检查与以cone program表述的约束逆动力学残差,无需完整轨迹仿真或跟踪控制器,再以自回归方式拼接优化片段生成长序列。在SMPL人形与双足机器人实验中,作者报告相对未优化扩散输出,平均地面穿透与自碰撞穿透分别降低75%与92%,双足序列的平均加速度重建误差中位降低89.5%;但软约束不保证严格可行,优化仍可能偏离学习分布并牺牲风格,且逆动力学评估有实时成本压力。
为什么重要 给冻结的 MDM 加推理期物理过滤,减少穿透、滑移、自碰撞,便于接仿真与 RL 追踪;代价是风格保持和计算时间。适合 做动作生成、具身数据闭环与仿真追踪的工程师
Motion Diffusion Models (MDMs) 能生成多样且视觉上吸引人的人体运动;然而,生成的轨迹经常违反物理约束,限制了它们在仿真和控制中的下游使用。我们提出 PhysibleMDM,一个框架,通过在推理时优化扩散噪声来提升 MDM 输出的物理可行性,而无需重新训练生成模型。
我们引入一组可替代的可行性约束,无需完整轨迹仿真即可评估。这些约束结合了运动学检查(例如地面穿透、滑动和自碰撞)与通过表述为锥规划的逆动力学内环计算的动力学可行性测试。我们使用 Separable Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy (Sep-CMA-ES) 求解由此产生的黑盒噪声优化问题,从而避免依赖计算昂贵且不连续的梯度。自回归方案随后将优化后的分段连接起来合成长期运动序列。
在 SMPL 人形模型上跨 100 种运动风格,与未优化的扩散输出相比,PhysibleMDM 将平均地面穿透、自碰撞穿透和地面滑动分别降低了 75%、92% 和 74%。在自定义双足机器人的 11 个序列上,它在每个序列的平均加速度重建误差中实现了 89.5% 的中位数降低,在平均逆动力学残差中实现了 79.5% 的中位数降低。
Motion Diffusion Models (MDMs) can generate diverse and visually appealing human motion; yet, the resulting trajectories frequently violate physical constraints, limiting their downstream use in simulation and control.
We present PhysibleMDM, a framework that promotes physical feasibility of MDM output by optimizing at inference time the diffusion noise without retraining the generative model.
We introduce a set of surrogate feasibility constraints that can be evaluated without full trajectory simulation.
These constraints combine kinematic checks (e.g., ground penetration, slip, and self-collision) with dynamic feasibility tests computed via an inverse-dynamics inner loop formulated as a cone program.
We solve the resulting black-box noise optimization problem using the Separable Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy (Sep-CMA-ES), thereby avoiding reliance on computationally expensive and discontinuous gradients.
An autoregressive scheme then chains optimized segments to synthesize long motion sequences.
Across 100 motion styles on an SMPL humanoid, PhysibleMDM reduces mean ground penetration, self-collision penetration, and ground slip by 75%, 92%, and 74%, respectively, relative to unoptimized diffusion output.
Across 11 sequences for a custom bipedal robot, it achieves median reductions of 89.5% in per-sequence mean acceleration-reconstruction error and 79.5% in the mean inverse-dynamics residual.
SMPL穿透
地面穿透降低
SMPL滑移
地面滑移降低
双足加速度
中位降低
ID残差
中位降低
注释 · 官方称;百分比为相对未优化输出的降低出自 摘要、§8.6、结论
注释 · Noise GD 最低 0.013,但计算更高出自 表 3



EVIDENCE / METHODS
流程
术语解释对角协方差矩阵自适应进化策略,适合高维黑盒搜索。 直接搜索完整去噪后的动作
把初始噪声与所有后验噪声拼接为决策向量。
对初始和后验噪声分别做零均值、单位方差标准化。
固定模型与条件,完整去噪得到动作。
计算穿透、滑移、自碰撞与约束逆动力学残差。
术语解释对角协方差矩阵自适应进化策略,适合高维黑盒搜索。 依据软约束目标更新候选分布。
注释 · 无需通过去噪器或物理评估反传梯度出自 §4-§7
原版排版与图表 · 手机无法内嵌时可在浏览器打开。PDF 插件内选文不能传给网页助手。