有手就行？把大象P转身只需拖动鼠标，华人一作DragGAN爆火

2023-05-20 05:05

机器之心报道

编辑：蛋酱、小舟

如果甲方想把大象 P 转身，你只需要拖动 GAN 就好了。

在图像生成领域，以 Stable Diffusion 为代表的扩散模型已然成为当前占据主导地位的范式。但扩散模型依赖于迭代推理，这是一把双刃剑，因为迭代方法可以实现具有简单目标的稳定训练，但推理过程需要高昂的计算成本。

在 Stable Diffusion 之前，生成对抗网络（GAN）是图像生成模型中常用的基础架构。相比于扩散模型，GAN 通过单个前向传递生成图像，因此本质上是更高效的。但由于训练过程的不稳定性，扩展 GAN 需要仔细调整网络架构和训练因素。因此，GAN 方法很难扩展到非常复杂的数据集上，在实际应用方面，扩散模型比 GAN 方法更易于控制，这是 GAN 式微的原因之一。

当前，GAN 主要是通过手动注释训练数据或先验 3D 模型来保证其可控性，这通常缺乏灵活性、精确性和通用性。然而，一些研究者看重 GAN 在图像生成上的高效性，做出了许多改进 GAN 的尝试。

最近，来自马克斯・普朗克计算机科学研究所、MIT CSAIL 和谷歌的研究者们研究了一种控制 GAN 的新方法 DragGAN，能够让用户以交互的方式「拖动」图像的任何点精确到达目标点。

论文链接：https://arxiv.org/abs/2305.10973
项目主页：https://vcai.mpi-inf.mpg.de/projects/DragGAN/

这种全新的控制方法非常灵活、强大且简单，有手就行，只需在图像上「拖动」想改变的位置点（操纵点），就能合成你想要的图像。

例如，让狮子「转头」并「开口」：

还能轻松让小猫 wink：

再比如，你可以通过拖动操纵点，让单手插兜的模特把手拿出来、改变站立姿势、短袖改长袖。看上去就像是同一个模特重新拍摄了新照片：

如果你也接到了「把大象转个身」的 P 图需求，不妨试试：

整个图像变换的过程就主打一个「简单灵活」，图像想怎么变就怎么变，因此有网友预言：「PS 似乎要过时了」。

也有人觉得，这个方法也可能会成为未来 PS 的一部分。

总之，观感就是一句话：「看到这个，我脑袋都炸了。」

当大家都以为 GAN 这个方向从此消沉的时候，总会出现让我们眼前一亮的作品：

这篇神奇的论文，已经入选了 SIGGRAPH 2023。研究者表示，代码将于六月开源。

那么，DragGAN 是如何做到强大又灵活的？我们来看一下该研究的技术方法。

方法概述

该研究提出的 DragGAN 主要由两个部分组成，包括：

基于特征的运动监督，驱动图像中的操纵点向目标位置移动；
一种借助判别型 GAN 特征的操纵点跟踪方法，以控制点的位置。

DragGAN 能够通过精确控制像素的位置对图像进行改变，可处理的图像类型包括动物、汽车、人类、风景等，涵盖大量物体姿态、形状、表情和布局，并且用户的操作方法简单通用。

GAN 有一个很大的优势是特征空间具有足够的判别力，可以实现运动监督（motion supervision）和精确的点跟踪。具体来说，运动监督是通过优化潜在代码的移位特征 patch 损失来实现的。每个优化步骤都会导致操纵点更接近目标，然后通过特征空间中的最近邻搜索来执行点跟踪。重复此优化过程，直到操纵点达到目标。

DragGAN 还允许用户有选择地绘制感兴趣的区域以执行特定于区域的编辑。由于 DragGAN 不依赖任何额外的网络，因此它实现了高效的操作，大多数情况下在单个 RTX 3090 GPU 上只需要几秒钟就可以完成图像处理。这让 DragGAN 能够进行实时的交互式编辑，用户可以对图像进行多次变换更改，直到获得所需输出。

如下图所示，DragGAN 可以有效地将用户定义的操纵点移动到目标点，在许多目标类别中实现不同的操纵效果。与传统的形变方法不同的是，本文的变形是在 GAN 学习的图像流形上进行的，它倾向于遵从底层的目标结构，而不是简单地应用扭曲。例如，该方法可以生成原本看不见的内容，如狮子嘴里的牙齿，并且可以按照物体的刚性进行变形，如马腿的弯曲。

研究者还开发了一个 GUI，供用户通过简单地点击图像来交互地进行操作。

此外，通过与 GAN 反转技术相结合，本文方法还可以作为一个用于真实图像编辑的工具。

一个非常实用的用途是，即使合影中某些同学的表情管理不过关，你也可以为 Ta 换上自信的笑容：

顺便提一句，这张照片正是本篇论文的一作潘新钢，2021 年在香港中文大学多媒体实验室获得博士学位，师从汤晓鸥教授。目前是马克斯普朗克信息学研究所博士后，并将从 2023 年 6 月开始担任南洋理工大学计算机科学与工程学院 MMLab 的任助理教授。

这项工作旨在为 GAN 开发一种交互式的图像操作方法，用户只需要点击图像来定义一些对（操纵点，目标点），并驱动操纵点到达其对应的目标点。

这项研究基于 StyleGAN2，基本架构如下：

在 StyleGAN2 架构中，一个 512 维的潜在代码𝒛∈N（0，𝑰）通过一个映射网络被映射到一个中间潜在代码𝒘∈R 512 中。𝒘的空间通常被称为 W。然后，𝒘被送到生成器𝐺，产生输出图像 I = 𝐺(𝒘)。在这个过程中，𝒘被复制了几次，并被送到发生器𝐺的不同层，以控制不同的属性水平。另外，也可以对不同层使用不同的𝒘，在这种情况下，输入将是，其中𝑙是层数。这种不太受约束的 W^+ 空间被证明是更有表现力的。由于生成器𝐺学习了从低维潜在空间到高维图像空间的映射，它可以被看作是对图像流形的建模。

实验

为了展示 DragGAN 在图像处理方面的强大能力，该研究展开了定性实验、定量实验和消融实验。实验结果表明 DragGAN 在图像处理和点跟踪任务中均优于已有方法。

定性评估

图 4 是本文方法和 UserControllableLT 之间的定性比较，展示了几个不同物体类别和用户输入的图像操纵结果。本文方法能够准确地移动操纵点以到达目标点，实现了多样化和自然的操纵效果，如改变动物的姿势、汽车形状和景观布局。相比之下，UserControllableLT 不能忠实地将操纵点移动到目标点上，往往会导致图像中出现不想要的变化。