АНАЛІЗ ГЕНЕРАТИВНИХ МОДЕЛЕЙ ГЛИБОКОГО НАВЧАННЯ ТА ОСОБЛИВОСТЕЙ ЇХ РЕАЛІЗАЦІЇ НА ПРИКЛАДІ WGAN
DOI:
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2022-160-1-82-94Ключові слова:
генерування даних, генеративна змагальна мережа, автокодувальник, глибоке навчання, ГЗМ, GAN, WGANАнотація
Представлено особливості будови, навчання та сфери застосування генеративних моделей глибокого навчання. До основних завдань таких модель відносяться генерування даних (зображень, музики, текстів, відео), перенесення стилів з одних даних на інші, поліпшення якості даних, їх кластеризація, пошук аномалій тощо. Зазначено, що результати роботи генеративних моделей, окрім поширених розважальних цілей, можуть використовуватися як: додаткові дані для навчання інших моделей машинного навчання, джерела нових ідей для творчих професій, інструменти анонімізації чутливих даних тощо. Проаналізовано переваги та недоліки таких базових видів генеративних моделей як автокодувальники, варіаційні автокодувальники, генеративні змагальні мережі (ГЗМ), ГЗМ Васерштейна (Wasserstein GAN, WGAN), StyleGAN, StyleGAN2 та BigGAN. Також описано покрокове дослідження імплементації генеративної моделі на прикладі WGAN, яке включає як реалізацію базової архітектури цієї моделі, так і застосування складніших елементів. Прикладами таких елементів є впровадження умовної генерації для можливості вибору потрібного класу та алгоритм білінійного підвищення дискретизації для вирішення проблеми так званого «ефекту шахової дошки». Фінальна модель, яка була створена в результаті дослідження та отримала назву CWGAN-GP_128, здатна генерувати реалістичні зображення кульбабок та чорнобривців у роздільній здатності 128×128 пікселів. Модель навчалася на авторському наборі даних, що складається з 900 фотографій (по 450 для кожного класу). У процесі навчання для аугментації зображень використовувалися такі афінні перетворення, як повороти та перевертання. Наголошено, що хоч результати роботи генеративних моделей часто легко оцінити візуально, проте разом з бурхливим розвитком ГЗМ зростає актуальність проблеми автоматизації процесу оцінювання якості згенерованих даних. Остаточна модель відкрита для публічного доступу, а з результатами її роботи можна ознайомитися на авторському вебсайті thisflowerdoesnotexist.herokuapp.com.
Посилання
This person does not exist. [Online]. Available: https://thispersondoesnotexist.com/. Accessed on: February 2, 2022.
GauGAN2. [Online]. Available: http://gaugan.org/gaugan2/. Accessed on: February 2, 2022.
T. Karras, S. Laine, M. Aittala, J. Hellsten, J. Lehtinen, and T. Aila, “Analyzing and Improving the Image Quality of StyleGAN,” in 2020 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2020, pp. 8107-8116. https://doi.org/10.1109/CVPR42600.2020.00813 .
S. Sundaram, and N. Hulkund, “GAN-based Data Augmentation for Chest X-ray Classification,” in arXiv e-prints, 2021. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/2107.02970.pdf . Accessed on: February 2, 2022.
S.-Y. Wang, O. Wang, R. Zhang, A. Owens, and A. A. Efros, “CNN-Generated Images Are Surprisingly Easy to Spot… for Now,” 2020 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2020, pp. 8692-8701. https://doi.org/10.1109/CVPR42600.2020.00872 .
This vessel does not exist. [Online]. Available: https://thisvesseldoesnotexist.com/ . Accessed on: February 2, 2022.
J. Ho, C. Saharia, W. Chan, D. J. Fleet, M. Norouzi, and T. Salimans, “Cascaded Diffusion Models for High Fidelity Image Generation,” in arXiv e-prints, 2021. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/2106.15282.pdf . Accessed on: February 2, 2022.
Augmented Reality for Jewelry. [Online]. Available: https://tryon.jewelry/main . Accessed on: February 2, 2022.
Z. Cai, Z. Xiong, H. Xu, P. Wang, W. Li, and Y. Pan., “Generative Adversarial Networks: A Survey Toward Private and Secure Applications,” ACM Computing Surveys, vol. 54, no. 6, pp. 1-38, July, 2022. https://doi.org/10.1145/3459992 .
R. Tolosana, R. Vera-Rodriguez, J. Fierrez, A. Morales, and J. Ortega-Garcia, “Deepfakes and beyond: A survey of face manipulation and fake detection,” in Information Fusion, vol 64, pp. 131-148, December, 2020. https://doi.org/10.1016/j.inffus.2020.06.014.
S. Reed, Z. Akata, X. Yan, L. Logeswaran, B. Schiele, and H. Lee, “Generative Adversarial Text to Image Synthesis,” in Proceedings of The 33rd International Conference on Machine Learning, 2016, pp. 1060-1069.
P. Isola, J. Zhu, T. Zhou, and A. A. Efros, "Image-to-Image Translation with Conditional Adversarial Networks," 2017 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2017, pp. 5967-5976. https://doi.org/10.1109/CVPR.2017.632 .
J.-Y. Liu, Y.-H. Chen, Y.-C. Yeh, and Y.-H. Yang, “Unconditional Audio Generation with Generative Adversarial Networks and Cycle Regularization,” in arXiv e-prints, 2020. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/2005.08526.pdf . Accessed on: February 2, 2022.
M. Bińkowski et al., “High Fidelity Speech Synthesis with Adversarial Networks,” in arXiv e-prints, 2019. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/1909.11646v2.pdf . Accessed on: February 3, 2022.
M. Pasini, “MelGAN-VC: Voice Conversion and Audio Style Transfer on arbitrarily long samples using Spectrograms,” in arXiv e-prints, 2019. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/1910.03713.pdf . Accessed on: February 2, 2022.
Voice Cloning for Content Creators. [Online]. Available: https://www.respeecher.com/. Accessed on: February 2, 2022.
D. Croce, G. Castellucci, and R. Basili, “GAN-BERT: Generative Adversarial Learning for Robust Text Classification with a Bunch of Labeled Examples,” in Proceedings of the 58th Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics, 2020, pp. 2114–2119. https://doi.org/10.18653/v1/2020.acl-main.191 .
L. Liu, Y. Lu, M. Yang, Q. Qu, J. Zhu, and H. Li, “Generative Adversarial Network for Abstractive Text Summarization,” in arXiv e-prints, 2017. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/1711.09357.pdf . Accessed on: February 3, 2022.
H. Zenati, C. S. Foo, B. Lecouat, G. Manek, and V. R. Chandrasekhar, “Efficient GAN-Based Anomaly Detection,” in arXiv e-prints, 2018. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/1802.06222.pdf . Accessed on: February 3, 2022.
S. Mukherjee, H. Asnani, E. Lin, and S. Kannan, “ClusterGAN: Latent Space Clustering in Generative Adversarial Networks,” in arXiv e-prints, 2018. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/1809.03627.pdf . Accessed on: February 3, 2022.
M. Kramer, “Nonlinear principal component analysis using autoassociative neural networks,” in AIChE, vol.37, no. 2, pp. 233-243, February, 1991. https://doi.org/10.1002/aic.690370209 .
D. Kingma, and M. Welling, “Auto-Encoding Variational Bayes,” in arXiv e-prints, 2013. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/1312.6114.pdf . Accessed on: February 2, 2022.
I. Goodfellow et al., “Generative adversarial networks,” in Communications of the ACM, vol. 63, no. 11, pp. 139-144, November. 2020. https://doi.org/10.1145/3422622.
A. Radford, L. Metz, and S. Chintala, “Unsupervised Representation Learning with Deep Convolutional Generative Adversarial Networks,” in arXiv e-prints, 2015. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/1511.06434.pdf . Accessed on: February 2, 2022.
M. Arjovsky, S. Chintala; and L. Bottou, “Wasserstein Generative Adversarial Networks,” in Proceedings of the 34th International Conference on Machine Learning, 2017, pp. 214-223.
I. Gulrajani, F. Ahmed, M. Arjovsky, V. Dumoulin, and A. Courville, “Improved training of wasserstein GANs,” in Proceedings of the 31st International Conference on Neural Information Processing Systems (NIPS’17), 2017, pp. 5769-5779.
A. Brock, J. Donahue, and K. Simonyan, “Large Scale GAN Training for High Fidelity Natural Image Synthesis,” in arXiv e-prints, 2018. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/1809.11096.pdf . Accessed on: February 2, 2022.
T. Karras, S. Laine, and T. Aila, “A Style-Based Generator Architecture for Generative Adversarial Networks,” 2019 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2019, pp. 4396-4405. http://doi.org/10.1109/CVPR.2019.00453 .
T. Karras, S. Laine, M. Aittala, J. Hellsten, J. Lehtinen, and T. Aila, “Analyzing and Improving the Image Quality of StyleGAN,” 2020 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2020, pp. 8107-8116. http://doi.org/10.1109/CVPR42600.2020.00813 .
A. Odena, V. Dumoulin, and C. Olah, “Deconvolution and Checkerboard Artifacts,” Distill, October, 2016. http://doi.org/10.23915/distill.00003 .
This Flower Does Not Exist. [Online]. Available: https://thisflowerdoesnotexist.herokuapp.com/ . Accessed on: February 2, 2022.
##submission.downloads##
-
pdf
Завантажень: 567
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, згодні з такими умовами:
- Автори зберігають авторське право і надають журналу право першої публікації.
- Автори можуть укладати окремі, додаткові договірні угоди з неексклюзивного поширення опублікованої журналом версії статті (наприклад, розмістити її в інститутському репозиторії або опублікувати її в книзі), з визнанням її первісної публікації в цьому журналі.
- Авторам дозволяється і рекомендується розміщувати їхню роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їхньому сайті) до і під час процесу подачі, оскільки це сприяє продуктивним обмінам, а також швидшому і ширшому цитуванню опублікованих робіт (див. вплив відкритого доступу).
