3DSGs（三维场景图）是一种新兴的描述方式，用于统一符号、拓扑和度量场景表示。它通过节点表示对象，边编码对象之间的关系，从而提供了一种高效且紧凑的方式来描述复杂的空间环境。这种技术在机器人导航、任务规划以及多模态推理等领域得到了广泛应用。
- 定义与结构
3DSGs是一种层次化的有向图，能够以不同抽象级别表示空间场景。例如，在室内环境中，3DSGs可以分为多个层次，包括度量-语义网格、对象和实体、房间和建筑物等层次。这种层次化结构使得3DSGs能够捕捉几何和语义属性，如对象的可供性、空间层次结构和语义关系。 - 应用场景
- 机器人任务规划：3DSGs被广泛应用于机器人任务规划中，特别是在多房间或多层环境中。例如，SayPlan框架利用3DSGs的层次化特性，通过语义搜索和迭代重规划来实现大规模任务规划。
- 实时导航与感知：3DSGs被用于构建动态更新的场景图，以适应动态环境中的变化。例如，MM-3DSGU框架通过整合视觉感知、人类互动等多种信息源，实现实时更新动态场景图。
- 跨空间任务执行：成都人形机器人创新中心开发的Raydiculous-1系统基于3DSGs技术，实现了无需人工干预或遥控的跨空间任务自主执行能力。
- 技术优势
- 紧凑性与效率：3DSGs通过稀疏化和层次化设计，减少了不必要的节点和边，从而提高了计算效率。
- 灵活性与扩展性：3DSGs能够灵活地表示静态和动态环境，并支持多模态数据的融合。
- 语义与几何结合：3DSGs不仅包含几何信息，还嵌入了丰富的语义信息，这使得其在任务规划和导航中具有更高的智能化水平。
- 挑战与发展方向
尽管3DSGs在多个领域展现了巨大的潜力，但其在动态环境中的实时更新仍面临挑战。例如，如何在保持计算效率的同时实时更新场景图是一个关键问题。此外，现有研究主要集中在静态场景的构建和优化上，如何更好地适应动态变化的环境仍需进一步探索。 - 实际案例
成都人形机器人创新中心发布的Raydiculous-1系统是基于3DSGs技术的典型应用案例。该系统实现了“跨空间”人形机器人任务规划推理执行，展示了3DSGs在实际场景中的强大能力。
3DSGs作为一种新兴的场景表示方法，以其紧凑性、灵活性和强大的语义表达能力，在机器人导航、任务规划等领域展现了广阔的应用前景。然而，如何进一步提升其在动态环境中的适应性和实时性仍是未来研究的重要方向。
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