Ten język jest tłumaczony maszynowo i nie został zweryfikowany przez człowieka.

Sztuczna inteligencja · Artykuł

Jak działa generowanie obrazów przez AI: wyjaśnienie modeli dyfuzji

Opublikowano:

W skrócie

Narzędzia takie jak DALL-E, Midjourney i Stable Diffusion tworzą obrazy przy użyciu modeli dyfuzji: sieci neuronowych wytrenowanych do zamiany obrazu na przypadkowy szum, a następnie odwracania tego procesu. Aby wygenerować nowy obraz, sieć zaczyna od czystego szumu i usuwa go krok po kroku, kierując się poleceniem tekstowym, aż pojawi się spójny obraz.

Ta wersja jest tłumaczeniem maszynowym oryginału (English). Przeczytaj oryginał

Kilka generatorów obrazów AI, które pojawiły się od 2022 roku — w tym DALL-E 2 od OpenAI, Midjourney i Stable Diffusion od Stability AI — zbudowane są na technice zwanej dyfuzją. Zamiast rysować obraz rozumem po rozumie, te systemy uczą się odwracać proces matematyczny, który stopniowo niszczy obraz szumem, a następnie uruchamiają ten proces wstecz, zaczynając od losowego szumu statycznego.

Główna idea: nauka usuwania szumu

Modele dyfuzji do generowania obrazów zostały sformalizowane w artykule z 2020 roku "Denoising Diffusion Probabilistic Models" autorstwa Jonatana Ho, Ajaya Jaina i Pietera Abbeela, opublikowanym w repozytorium badań arXiv. Metoda, opisywana jako inspirowana termodynamiką nierównowagową, działa w dwóch etapach. Na etapie "przodu" używanym tylko podczas treningu do rzeczywistego zdjęcia dodaje się małe ilości losowego szumu (gaussowskiego) w wielu krokach, dopóki obraz nie stanie się nieodróżnialny od szumu statycznego. Na etapie "wstecznym" sieć neuronowa jest trenowana do przewidywania i odejmowania tego szumu krok po kroku, aż obraz oryginalny zostanie odtworzony.

Po wytrenowaniu sieć nie potrzebuje już rzeczywistego zdjęcia do rozpoczęcia. Może zacząć od płótna z czystym losowym szumem i uruchomić te same kroki usuwania szumu, które nauczyła się podczas treningu, tworząc zupełnie nowy obraz, który wcześniej nie istniał. W artykule z 2020 roku stwierdzono, że na zestawie danych CIFAR-10 jego model osiągnął wysokie wyniki jakości obrazu i na większych obrazach 256x256 dorównywał jakości próbek ProgressiveGAN, wcześniejszej techniki generacyjnej opartej na innej architekturze.

Gdzie działa sieć neuronowa: U-Net i wskazówki tekstowe

Sieć, która wykonuje usuwanie szumu, to zwykle U-Net, typ architektury, która zmniejsza obraz, aby przechwycić ogólną strukturę, a następnie odbudowuje go z powrotem do pełnej rozdzielczości. W własnej dokumentacji technicznej Stable Diffusion na GitHub model opisuje się jako wykorzystujący U-Net z 860 milionami parametrów do uruchamiania procesu dyfuzji, wraz z oddzielnym automatem, który kompresuje obrazy do mniejszej reprezentacji matematycznej i dekompresuje wynik z powrotem do pełnego obrazu.

Aby postępować zgodnie z napisanym poleceniem, system potrzebuje sposobu na połączenie słów z pikselami. Zgodnie z tą samą dokumentacją Stable Diffusion, model używa zamrożonego kodera tekstu CLIP ViT-L/14 — komponentu wytrenowanego osobno do dopasowywania tekstu i obrazów — aby zamienić polecenie na reprezentację numeryczną, która kieruje każdym krokiem usuwania szumu, dzięki czemu sieć usuwa szum w taki sposób, aby popchnąć pojawiający się obraz w kierunku tego, co opisują słowa.

Przestrzeń pikseli a przestrzeń latentna: dlaczego Stable Diffusion działa na laptopie

Nie wszystkie modele dyfuzji działają w taki sam sposób wewnętrznie. Zgodnie z artykułem MIT Technology Review z grudnia 2022 roku o rozwoju tej technologii, DALL-E 2 wykonuje swój proces usuwania szumu bezpośrednio na pikselach obrazu o pełnej rozdzielczości, podczas gdy Stable Diffusion zamiast tego działa na skompresowanej "latentnej" reprezentacji obrazu wewnątrz sieci neuronowej — podejście, które zdaniem wydawcy pozwoliło Stable Diffusion działać na zwykłych komputerach osobistych, zamiast wymagać dużej infrastruktury serwerowej.

Jeśli zrobisz to tysiąc razy, ostatecznie obraz wygląda tak, jakbyś wyrwał kabel anteny z telewizora — to tylko szum.

— Björn Ommer, Uniwersytet Monachijski, cytowany w MIT Technology Review, grudzień 2022

Repozytorium GitHub dla Stable Diffusion, utrzymywane przez grupę badawczą CompVis ze Stability AI i Runway, stwierza, że latentne podejście dyfuzji modelu zostało zbudowane na wcześniejszym artykule grupy "High-Resolution Image Synthesis with Latent Diffusion Models", zaprezentowanym na konferencji CVPR 2022 poświęconej widzeniu komputerowemu, i został wytrenowany na obrazach z zestawu danych LAION-5B.

Jak porównują się główne generatory obrazów oparte na dyfuzji

Generatory obrazów oparte na dyfuzji, które zdefiniowały rok 2022, według MIT Technology Review i dokumentacji GitHub
ModelOrganizacjaUruchomionoPrzestrzeń usuwania szumu
DALL-E 2OpenAIKwiecień 2022Pełne piksele obrazu
Imagen / PartiGoogleOgłoszone maj 2022; nie wydane publicznie w tym czasie, według MIT Technology ReviewNie szczegółowo opisane w recenzowanych źródłach
MidjourneyMidjourney, Inc.Lato 2022, według MIT Technology ReviewNie szczegółowo opisane w recenzowanych źródłach
Stable DiffusionCompVis / Stability AI / RunwaySierpień 2022Skompresowana reprezentacja latentna

MIT Technology Review doniosła, że DALL-E 2 osiągnęła milion użytkowników w ciągu około dwóch i pół miesiąca od premiary w kwietniu 2022 roku, a usługa DreamStudio firmy Stable Diffusion przekroczyła milion użytkowników w mniej niż połowę tego czasu po wydaniu w sierpniu 2022 roku — liczby, które wydawca przywołał jako dowód na to, jak szybko podejście dyfuzji osiągnęło masową publiczność w tym roku.

Co ustaliły badania z lat 2020–2022

Podstawowy mechanizm — szum dodawany podczas treningu, szum usuwany podczas generowania, kierowany przez koder tekstu — stanowił podstawę głównych generatorów obrazów, które pojawiły się w 2022 roku, jak opisano w artykule z 2020 roku autorów Ho, Jaina i Abbeela oraz w raportażach z 2022 roku i przeanalizowanej tutaj dokumentacji. Od tego czasu poszczególne firmy naniosły dodatkowe komponenty, takie jak większe U-Nety, większe kodery tekstu lub systemy przepisywania poleceń, na podstawę tej samej struktury dyfuzji.

Pytania

Czym jest model dyfuzji w prostych słowach?
To sieć neuronowa wytrenowana do odwracania procesu, który stopniowo przykrywa rzeczywisty obraz losowym szumem; po wytrenowaniu może zacząć od czystego szumu i usuwać go krok po kroku, aby zbudować nowy obraz, jak opisano w artykule z 2020 roku "Denoising Diffusion Probabilistic Models" autorstwa Ho, Jaina i Abbeela.
Jaka jest różnica między DALL-E 2 a Stable Diffusion?
Zgodnie z MIT Technology Review, DALL-E 2 usuwa szum bezpośrednio na pikselach obrazu o pełnej rozdzielczości, podczas gdy Stable Diffusion usuwa szum ze skompresowanej "latentnej" reprezentacji obrazu, którą dokumentacja GitHub firmy Stability AI mówi, że pozwala jej działać na konsumenckich GPU zamiast dużej infrastruktury serwerowej.
Jak polecenie tekstowe faktycznie kieruje generowaniem obrazu?
Zgodnie z dokumentacją GitHub Stable Diffusion, oddzielny komponent zwany koderem tekstu (CLIP ViT-L/14 w tym modelu) konwertuje polecenie na reprezentację numeryczną, którą konsultuje sieć usuwająca szum na każdym etapie, wpychając pojawiający się obraz w kierunku tego, co opisują słowa.
Kiedy generatory obrazów oparte na dyfuzji stały się dostępne w 2022 roku?
MIT Technology Review dokumentuje oś czasu z 2022 roku: DALL-E 2 uruchomiła się w kwietniu; Google ogłosiła Imagen i Parti w maju bez ich publicznego wydania; Midjourney uruchomiła się latem; a open-source Stable Diffusion uruchomiła się w sierpniu.
Czym jest U-Net i dlaczego modele dyfuzji go używają?
U-Net to architektura sieci neuronowej, która wykonuje krok po kroku usuwanie szumu; własna dokumentacja techniczna Stable Diffusion opisuje jej wersję jako U-Net z 860 milionami parametrów pracujący wraz z automatem, który kompresuje i dekompresuje obraz.

Źródła

  1. arXiv — Ho, Jain, Abbeel, 'Denoising Diffusion Probabilistic Models' (2020)
  2. GitHub (CompVis) — Stable Diffusion repository and technical documentation
  3. MIT Technology Review — 'Generative AI is changing everything. But what's left when the hype is gone?' (December 2022)

Ten tekst przygotowała sztuczna inteligencja, a przed publikacją przeszedł automatyczną kontrolę źródeł. Jeśli widzisz błąd, poproś o sprostowanie. Poproś o sprostowanie lub odpowiedź · Jak to robimy

Powiązane