A Digital Twin Framework for Metamorphic Testing of Autonomous Driving Systems Using Generative Model
Notice bibliographique
Résumé
Ensuring the safety of self-driving cars remains a major challenge due to the complexity and unpredictability of real-world driving environments. Traditional testing methods face significant limitations, such as the oracle problem, which makes it difficult to determine whether a system's behavior is correct, and the inability to cover the full range of scenarios an autonomous vehicle may encounter. In this paper, we introduce a digital twin-driven metamorphic testing framework that addresses these challenges by creating a virtual replica of the self-driving system and its operating environment. By combining digital twin technology with AI-based image generative models such as Stable Diffusion, our approach enables the systematic generation of realistic and diverse driving scenes. This includes variations in weather, road topology, and environmental features, all while maintaining the core semantics of the original scenario. The digital twin provides a synchronized simulation environment where changes can be tested in a controlled and repeatable manner. Within this environment, we define three metamorphic relations inspired by real-world traffic rules and vehicle behavior. We validate our framework in the Udacity self-driving simulator and demonstrate that it significantly enhances test coverage and effectiveness. Our method achieves the highest true positive rate (0.719), F1 score (0.689), and precision (0.662) compared to baseline approaches. This paper highlights the value of integrating digital twins with AI-powered scenario generation to create a scalable, automated, and high-fidelity testing solution for autonomous vehicle safety.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».