「大一統(tǒng)」大模型論文爆火，4種模態(tài)任意輸入輸出，華人本科生5篇頂會(huì)一作，網(wǎng)友：近期最不可思議的論文

衡宇 2023-05-28 12:42:58 來(lái)源：量子位

蕭簫 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

多模態(tài)大模型，終于迎來(lái)“大一統(tǒng)”時(shí)刻！

從聲音、文字、圖像到視頻，所有模態(tài)被徹底打通，如同人腦一般，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的任意輸入，任意輸出。

要知道，多模態(tài)一直是學(xué)術(shù)界公認(rèn)要達(dá)到更強(qiáng)智能的必經(jīng)之路，連GPT-4都在往這個(gè)方向發(fā)展。

也正是因此，這項(xiàng)來(lái)自微軟、北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校的新研究一經(jīng)po出，立即在社交媒體上爆火，有網(wǎng)友驚嘆：

這是我最近見(jiàn)過(guò)最不可思議的一篇論文！

究竟有多不可思議？

只需告訴大模型，想要“一只玩滑板的泰迪熊”，并輸入一張照片+一段聲音：

它立刻就能精準(zhǔn)get要點(diǎn)，生成一段在下雨天在城市里玩滑板的心碎小熊錄像，仔細(xì)聽(tīng)還會(huì)發(fā)現(xiàn)配上了新的雨聲。

效果太過(guò)于鵝妹子嚶，以至于不少網(wǎng)友表示“有被嚇到”：

還有網(wǎng)友感嘆“新時(shí)代的到來(lái)”：

等不及看到創(chuàng)作者們用這些AI工具制作各種沉浸式故事體驗(yàn)了。這簡(jiǎn)直給RPG角色扮演游戲賦予了全新的意義。

值得一提的是，一作Zineng Tang雖然本科還沒(méi)畢業(yè)，但他已經(jīng)在CVPR、發(fā)了6篇頂會(huì)論文，其中5篇都是一作。

所以，這個(gè)號(hào)稱能夠“轉(zhuǎn)一切”（any-to-any）的大一統(tǒng)大模型，實(shí)現(xiàn)效果究竟如何？

4種模態(tài)隨意選，打出“組合拳”

大模型CoDi，具有任意輸入和輸出圖、文、聲音、視頻4種模態(tài)的能力。

無(wú)論是單模態(tài)生成單模態(tài)（下圖黃）、多模態(tài)生成單模態(tài)（下圖紅）、還是多模態(tài)生成多模態(tài)（下圖紫），只要指定輸入和輸出的模態(tài)，CoDi就能理解并生成想要的效果：

先來(lái)看單模態(tài)生成單模態(tài)。

輸入任意一種模態(tài)，CoDi都能聯(lián)想并輸出指定的模態(tài)，例如，輸入一張風(fēng)景圖像，就能輸出“山景，日出”這樣的文字提示詞：

或是輸入一段鐵軌碰撞聲，就能生成一張地鐵圖像：

面對(duì)多模態(tài)生成單模態(tài)時(shí)，CoDi威力同樣不減。

輸入一張“熊貓吃竹子”圖像，加上一段“在咖啡桌上吃”的文字要求：

CoDi就能生成一段大熊貓坐在咖啡桌旁吃竹子的視頻：

或是輸入一組文字提示詞“油畫(huà)，恐怖畫(huà)風(fēng)，優(yōu)雅復(fù)雜的概念藝術(shù)，克雷格·穆林斯（CG繪畫(huà)之父）風(fēng)格”，加上一段拍打木板的水聲；

CoDi在經(jīng)過(guò)聯(lián)想后，就能輸出一張精致的、氣勢(shì)恢宏的黃昏時(shí)分海盜船畫(huà)像：

最后來(lái)看看多模態(tài)生成多模態(tài)的效果。

給CoDi提供一段鋼琴聲，加上一張森林中的照片：

CoDi就能想象出一段“在森林中彈鋼琴”的文字，并配上對(duì)應(yīng)的插圖：

要知道在這之前，AI生成的視頻不少都沒(méi)有配音，停留在老式的“無(wú)聲電影”階段。

然而CoDi不僅能生成視頻，還能生成搭配視頻食用的聲音。

例如根據(jù)一個(gè)“天空中的花火”文字提示詞+一段對(duì)應(yīng)的音頻，就能生成一個(gè)帶有爆炸聲音的煙花錄像。

所以，CoDi究竟是如何做到理解不同的模態(tài)，并“打出組合拳”的？

用“對(duì)齊”來(lái)節(jié)省大模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)

事實(shí)上，CoDi的打造面臨兩個(gè)難點(diǎn)。

首先是缺少訓(xùn)練數(shù)據(jù)的問(wèn)題，以作者們能收集到的數(shù)據(jù)集為例：

無(wú)論是像Laion400M這樣的文圖數(shù)據(jù)集、還是像AudioSet之類的音頻文字?jǐn)?shù)據(jù)集，或是油管上的圖像音視頻數(shù)據(jù)集，以及Webvid10M之類的視頻數(shù)據(jù)集，都屬于“單模態(tài)生成單個(gè)或兩個(gè)模態(tài)”的類型。

然而，多模態(tài)大模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)需求，隨著模態(tài)數(shù)量的增加呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，許多輸入輸出組合，往往缺少對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。

其次，已有的擴(kuò)散模型大多是1v1的類型，如何設(shè)計(jì)并訓(xùn)練模型，確保多模態(tài)輸入輸出的效果，同樣是個(gè)問(wèn)題。

針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，作者們決定分兩個(gè)階段打造CoDi，讓它不僅能實(shí)現(xiàn)單模態(tài)“完美輸出”、還能做到多模態(tài)“1+1>2”。

在階段一，組合條件訓(xùn)練，給每個(gè)模態(tài)都打造一個(gè)潛在擴(kuò)散模型（LDM），進(jìn)行組合訓(xùn)練。

針對(duì)A模態(tài)生成B模態(tài)數(shù)據(jù)集缺失的問(wèn)題，作者們提出了一種名為橋接對(duì)齊（Bridging Alignment）的策略。

具體來(lái)說(shuō)，就是以帶文本模態(tài)的數(shù)據(jù)集為“中介”，對(duì)齊另外幾種模態(tài)的訓(xùn)練效果。

以音頻生成圖像為例。

雖然音頻生成圖像數(shù)據(jù)集不多，但文本生成音頻、文本生成圖像的數(shù)據(jù)集卻有不少，因此可以將這兩類數(shù)據(jù)集合并起來(lái)，用于訓(xùn)練文本+音頻生成圖像的效果。

在此期間，文本和音頻輸入經(jīng)過(guò)模型處理，會(huì)被“放置”進(jìn)一個(gè)共享特征空間，并用輸出LDM來(lái)處理輸入輸入的組合特征，輸出對(duì)應(yīng)的圖像結(jié)果。

階段二，進(jìn)一步增加生成的模態(tài)數(shù)量。

在階段一的基礎(chǔ)上，給每個(gè)潛在擴(kuò)散模型和環(huán)境編碼器上增加一個(gè)交叉注意力模塊，就能將潛在擴(kuò)散模型的潛變量投射到共享空間中，使得生成的模態(tài)也進(jìn)一步多樣化。

最終訓(xùn)練出來(lái)的模型，雖然訓(xùn)練數(shù)據(jù)類型不是“全能的”，但也具備了多模態(tài)輸入、多模態(tài)輸出的能力。

值得一提的是，可別以為這種方法會(huì)降低模型生成的質(zhì)量。

事實(shí)上，在多種評(píng)估方法上，CoDi均超越了現(xiàn)有多模態(tài)大模型的生成效果。

華人本科生，5篇頂會(huì)論文一作

一作Zineng Tang，本科就讀于北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校，也是微軟研究院的實(shí)習(xí)生，今年6月將進(jìn)入加州大學(xué)伯克利分校讀博。

他的研究興趣在于多模態(tài)學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)和NLP領(lǐng)域，而從大一開(kāi)始，他就在NeurIPS、CVPR、ACL和NAACL等頂會(huì)上相繼發(fā)了6篇文章，其中5篇一作。

就在今年1月，Zineng Tang還獲得了2023年的美國(guó)計(jì)算機(jī)研究學(xué)會(huì)（CRA）設(shè)立的優(yōu)秀本科生研究員獎(jiǎng)。

每年全美國(guó)能獲得這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的本科生，只有4人。

這一獎(jiǎng)項(xiàng)旨在表彰在計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域有杰出研究潛力的本科生，包括MIT、斯坦福、哈佛和耶魯大學(xué)等不少北美名校在內(nèi)，每年都會(huì)提名一些優(yōu)秀學(xué)生，經(jīng)過(guò)層層篩選后決定獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>

通訊作者Ziyi Yang，目前是微軟Azure認(rèn)知服務(wù)研究團(tuán)隊(duì)（CSR）的高級(jí)研究員，研究方向是多模態(tài)理解和生成，文檔智能和NLP等。

在加入微軟之前，他本科畢業(yè)于南京大學(xué)物理系，并于斯坦福大學(xué)獲得電氣工程碩士和機(jī)械工程博士學(xué)位。

通訊作者Mohit Bansal，是北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校計(jì)算機(jī)系教授。他于加州大學(xué)伯克利分校獲得博士學(xué)位，目前研究方向是NLP和多模態(tài)機(jī)器學(xué)習(xí)，尤其側(cè)重語(yǔ)言生成問(wèn)答和對(duì)話、以及可解釋深度學(xué)習(xí)等。

你感覺(jué)多模態(tài)大模型發(fā)展的下一階段，會(huì)是什么樣子？

論文地址：
https://arxiv.org/abs/2305.11846

項(xiàng)目地址：
https://github.com/microsoft/i-Code/tree/main/i-Code-V3

參考鏈接：
[1]https://twitter.com/AviSchiffmann/status/1660771055676588033
[2]https://twitter.com/ZinengTang/status/1660726736642887681
[3]https://cra.org/2023-outstanding-undergraduate-researcher-award-recipients/
[4]https://codi-gen.github.io/