基于 OpenSora 世界模型的强化学习#

本文档提供在 RLinf 框架中启动与管理 Vision-Language-Action Models (VLAs) 训练任务的完整指南， 使用 Action-conditioned OpenSora 世界模型 （下文简称 OpenSora）作为环境后端。

核心目标是在无需真实机器人或传统物理仿真器的情况下，通过视觉生成模型模拟环境随动作的动态变化， 为策略优化提供闭环训练。

与在 LIBERO 环境中微调 VLA 的流程类似，本指南重点介绍如何在基于 OpenSora 的仿真环境中运行强化学习训练任务， 并展示该框架下模型具备的关键能力。

OpenSora 主要希望赋予模型以下能力：

  1. 视觉理解：OpenSora 借助当前观测图像与给定动作序列生成未来视频帧，为策略提供连续视觉反馈，使模型能够处理来自真实机器人相机的 RGB 图像。

  2. 语言理解：理解自然语言任务描述。

  3. 动作生成：产生精确的机器人动作（位置、旋转、夹爪控制）。

  4. 策略提升：借助 OpenSora 生成的“想象”轨迹，使用 PPO 等强化学习方法优化 VLA 策略。

与 LIBERO 环境下微调 VLA 的流程类似，本文档重点介绍如何在基于 OpenSora 的仿真环境中运行 RL 训练任务。

环境#

作为世界模型，OpenSora 理论上可以拟合任意环境的任意任务并保持接口一致。以 LIBERO 环境 为例，环境接口与定义如下：

OpenSora 模拟 LIBERO 环境

  • Environment：视觉生成模型

  • Task：指挥一台 7 自由度机械臂完成多种家居操作技能（抓取放置、叠放、开抽屉、空间重排等）

  • Observation：视觉生成模型返回的图像

  • Action Space：7 维连续动作 - 末端执行器三维位置控制（x, y, z） - 三维旋转控制（roll, pitch, yaw） - 夹爪控制（开 / 合）

OpenSora 模拟 LIBERO 环境重置

不同于传统仿真器可通过 reset() 直接重置，OpenSora 需要接收初始帧与任务描述进行初始化与重置。 因此需提前下载初始化数据集并在配置中指定路径。

数据结构

  • Images：RGB 张量 [batch_size, 256, 256, 3]

  • Task Descriptions：自然语言指令

  • Actions：归一化连续值，转换为离散 tokens

  • Rewards：由世界模型中的奖励判定器给出，范围为 0 到 1

算法#

核心算法组件

  1. PPO（Proximal Policy Optimization）

    • 使用 GAE（Generalized Advantage Estimation）进行优势估计

    • 基于比率的策略裁剪

    • 价值函数裁剪

    • 熵正则化

  2. GRPO（Group Relative Policy Optimization）

    • 对于每个状态 / 提示，策略生成 G 个独立动作

    • 以组内平均奖励为基线，计算每个动作的相对优势

  3. Vision-Language-Action 模型

    • OpenVLA 架构，多模态融合

    • 动作 token 化与反 token 化

    • 带 Value Head 的 Critic 功能

依赖安装#

1. 克隆 RLinf 仓库#

# 为提高国内下载速度，可以使用：
# git clone https://ghfast.top/github.com/RLinf/RLinf.git
git clone https://github.com/RLinf/RLinf.git
cd RLinf

2. 安装依赖#

选项 1：Docker 镜像

使用 Docker 镜像运行实验。

docker run -it --rm --gpus all \
   --shm-size 20g \
   --network host \
   --name rlinf \
   -v .:/workspace/RLinf \
   rlinf/rlinf:agentic-rlinf0.2-opensora
   # 如果需要国内加速下载镜像，可以使用：
   # docker.1ms.run/rlinf/rlinf:agentic-rlinf0.2-opensora

选项 2：自定义环境

直接在本地环境中安装依赖：

# 为提高国内依赖安装速度，可在 install.sh 中添加 --use-mirror
bash requirements/install.sh embodied --model openvla-oft --env opensora
source .venv/bin/activate

VLA 模型下载#

在开始训练之前，需要下载相应预训练模型：

# 使用下面任一方法下载模型
# 方法 1：使用 git clone
git lfs install
git clone https://huggingface.co/Haozhan72/Openvla-oft-SFT-libero-spatial-traj1
git clone https://huggingface.co/Haozhan72/Openvla-oft-SFT-libero-object-traj1
git clone https://huggingface.co/Haozhan72/Openvla-oft-SFT-libero-goal-traj1
git clone https://huggingface.co/Haozhan72/Openvla-oft-SFT-libero10-traj1

# 方法 2：使用 huggingface-hub
# 为提升国内下载速度，可以设置：
# export HF_ENDPOINT=https://hf-mirror.com
pip install huggingface-hub
hf download Haozhan72/Openvla-oft-SFT-libero-spatial-traj1 --local-dir Openvla-oft-SFT-libero-spatial-traj1
hf download Haozhan72/Openvla-oft-SFT-libero-object-traj1 --local-dir Openvla-oft-SFT-libero-object-traj1
hf download Haozhan72/Openvla-oft-SFT-libero-goal-traj1 --local-dir Openvla-oft-SFT-libero-goal-traj1
hf download Haozhan72/Openvla-oft-SFT-libero10-traj1 --local-dir Openvla-oft-SFT-libero10-traj1

下载完成后，请确保在配置 yaml 文件中正确指定模型路径与 unnorm_key。

rollout:
   model:
      model_path: Pathto/RLinf/RLinf-OpenVLAOFT-LIBERO-90-Base-Lora
actor:
   model:
      model_path: Pathto/RLinf/RLinf-OpenVLAOFT-LIBERO-90-Base-Lora
      unnorm_key: libero_90_no_noops_trajall # 对于 RLinf-OpenVLAOFT-LIBERO-130-Base-Lora 模型，使用 libero_130_no_noops_trajall

WM (World Model) 模型下载#

除 VLA 模型之外，还需下载 OpenSora 权重与用于仿真初始化的数据集。 当前 RLinf 仅提供 libero-spatial 与 libero-object 的权重与数据，各 suite 的 OpenSora 权重均基于 VLA 模型 rollout 的 3000 条轨迹构建，下载方法如下：

# 下载权重与初始化数据
# 方法 1：使用 git clone
git lfs install
git clone https://huggingface.co/RLinf/RLinf-OpenSora-LIBERO-Spatial

# 方法 2：使用 huggingface-hub
pip install huggingface-hub
hf download RLinf/RLinf-OpenSora-LIBERO-Spatial --local-dir RLinf-OpenSora-LIBERO-Spatial

RLinf-OpenSora-LIBERO-Spatial 的目录结构如下：

RLinf-OpenSora-LIBERO-Spatial/
    ├── dataset_statistics.json             # 数据集归一化统计信息
    ├── dataset/                            # 仿真初始化数据集
    │   ├── traj0.npy
    │   ├── traj1.npy
    │   ├── ...
    │   └── trajN.npy
    ├── model-00001.safetensors              # 世界模型权重文件
    ├── model.safetensors.index.json
    ├── config.json
    ├── resnet_rm.pth                        # 奖励模型权重文件
    └── vae/                                 # VAE 模型权重文件

下载完成后，请确保在配置 yaml 文件中正确指定模型路径。

env:
    train:
        opensora_wm_hf_ckpt_path: /Pathto/model/RLinf-OpenSora-LIBERO-Spatial/

运行脚本#

请确保在运行下面命令前已激活正确的 Python 虚拟环境（venv）。 如果使用官方 Docker 镜像，请通过 source switch_env openvla-oft 切换到 openvla-oft 环境。

1. 关键参数配置

以 OpenVLA-OFT 模型为例，在 actor.model 中需要配置以下关键参数：

actor:
  model:
    model_path: "/path/to/model/Openvla-oft-SFT-libero-spatial-traj1/"    # SFT 模型路径
    model_type: "openvla_oft"                                             # 模型类型设置为 openvla_oft
    use_proprio: False                                                    # 是否使用本体感觉信息
    num_images_in_input: 1                                                # 输入图像数量
    num_action_chunks: 8                                                  # 动作块数量
    unnorm_key: "libero_spatial_no_noops"                                 # 动作归一化键（与 SFT 一致）。RLinf-OpenVLAOFT-LIBERO-130-Base-Lora 使用 libero_130_no_noops_trajall；RLinf-OpenVLAOFT-LIBERO-90-Base-Lora 使用 libero_90_no_noops_trajall。

需要注意的是，world model 不提供本体信息、不生成腕部视角且 chunk 固定， 因此 use_proprio 默认 False，num_images_in_input 默认 1，num_action_chunks 默认 8。

2. 环境配置

在环境配置文件中设置以下关键参数：

# 在 CHOSEN_CONFIG 中覆写

# 推荐训练使用 opensora_libero_spatial，评估使用 libero_spatial
env/train: opensora_libero_spatial
env/eval: libero_spatial
env:
   train:
      opensora_wm_hf_ckpt_path: /Pathto/model/RLinf-OpenSora-LIBERO-Spatial/

# 在 env/train/opensora_libero_spatial.yaml 中：
env_type: opensora_wm
wm_env_type: libero
# world model 初始化的初始图像路径
initial_image_path: ${env.train.opensora_wm_hf_ckpt_path}/dataset_for_rlinf_world_model_init/base_policy_rollout_buffer
# 不建议修改 world_model_cfg 中的参数
world_model_cfg:
   # world model 中用于归一化的统计信息路径
   stats_path: /Pathto/model/RLinf-OpenSora-LIBERO-Spatial/best_wm_ckpt/base_policy/dataset_statistics.json
   chunk: 8                     # 与训练和 VLA 推理长度对齐，默认 8
   condition_frame_length: 4    # 与训练对齐的上下文记忆长度，默认 4
   model:
   # 预训练权重
      from_pretrained: /Pathto/model/RLinf-OpenSora-LIBERO-Spatial/best_wm_ckpt/base_policy/model

3. 配置文件

目前支持 OpenVLA-OFT 模型与 GRPO 算法，对应配置文件：

  • OpenVLA-OFT + GRPO：examples/embodiment/config/opensora_libero_spatial_grpo_openvlaoft.yaml

4. 启动命令

选择配置后，运行以下命令开始训练：

bash examples/embodiment/run_embodiment.sh CHOSEN_CONFIG

例如，在 OpenSora 环境中使用 GRPO 训练 OpenVLA-OFT 模型：

bash examples/embodiment/run_embodiment.sh opensora_libero_spatial_grpo_openvlaoft

可视化与结果#

1. TensorBoard 日志

# 启动 TensorBoard
tensorboard --logdir ./logs --port 6006

2. 关键监控指标

  • 训练指标：

    • train/actor/approx_kl：近似 KL，用于监控策略更新幅度

    • train/actor/clip_fraction：触发 PPO 裁剪的样本比例

    • train/actor/clipped_ratio：裁剪后概率比的均值，用于衡量策略更新受裁剪影响程度

    • train/actor/grad_norm：梯度范数

    • train/actor/lr：学习率

    • train/actor/policy_loss：PPO/GRPO 的策略损失

    • train/critic/value_loss：价值函数损失

    • train/critic/value_clip_ratio：PPO-style value function clipping 中触发裁剪的比例

    • train/critic/explained_variance：衡量价值函数拟合程度，越接近 1 越好

    • train/entropy_loss：策略熵

    • train/loss：总训练损失（actor_loss + critic_loss + entropy_loss regularization）

  • Rollout 指标：

    • rollout/advantages_max：优势函数最大值

    • rollout/advantages_mean：优势函数均值

    • rollout/advantages_min：优势函数最小值

    • rollout/rewards：一个 chunk 的奖励（参考 libero_env.py 的 L414）

  • 环境指标：

    • env/episode_len：回合实际经历的环境步数（单位：step）

    • env/return：回合总回报。在 LIBERO 的稀疏奖励设置中该指标不具参考意义，因为回合中几乎始终为 0，仅在成功终止时为 1。

    • env/reward：step-level 奖励（任务未完成时为 0，仅成功终止时为 1）。 日志数值按回合步数归一化，难以直接反映真实任务表现。

    • env/success_once：推荐用于监控训练效果，直接反映未归一化的任务成功率。

3. 视频生成

env:
   eval:
      video_cfg:
         save_video: True
         video_base_dir: ${runner.logger.log_path}/video/eval

4. 训练日志工具集成

runner:
   task_type: embodied
   logger:
      log_path: "../results"
      project_name: rlinf
      experiment_name: "libero_10_grpo_openvlaoft"
      logger_backends: ["tensorboard"] # wandb, swanlab

LIBERO 部分结果#

目前仅测试使用 OpenSora 模拟 libero-spatial 与 libero-object 环境并训练 VLA 模型，更多环境仍在测试中。

对于每个 LIBERO 套件，我们评估所有 task_id 与 trial_id 的组合。Object 与 Spatial 套件共评估 500 个环境（10 个任务 × 50 个试次）。

我们根据模型的训练配置设置评估超参： 对于 SFT 训练（LoRA-base）模型，设置 do_sample = False。 对于 RL 训练模型，设置 do_sample = True、temperature = 1.6，并启用 rollout_epoch=2 以获得最佳性能。

备注

选择 OpenSora 作为世界模型模拟器的动机来源于 WMPO。 在实际世界模型训练中，我们参考了 WMPO 与 OpenSora。

使用 OpenSora 模拟器的 LIBERO 任务组评测结果#

模型

Spatial

Object

OpenVLA-OFT (LoRA-base)

61.2%

36.7%

OpenVLA-OFT（OpenSora 作为世界模型的 RLinf-GRPO）

75.5%

64.5%

效果提升

+14.3%

+27.8%