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線形回帰と勾配降下法

線形回帰は機械学習に存在する基本アルゴリズムの1つですその内部ワークフローを理解することは、データサイエンスの他のアルゴリズムの主要な概念を把握するのに役立ちます...

非教師あり学習シリーズ：階層クラスタリングの探索

前回の「教師なし学習シリーズ」の投稿では、最も有名なクラスタリング手法の1つであるK平均法クラスタリングについて探究しました今回の投稿では、別の手法の背後にある方法について説明します...

グーグルリサーチのリサーチソフトウェアエンジニア、ジュリアン・アイゼンシュロスによる投稿ビジュアル言語は、情報を伝えるためにテキスト以外の絵文字を使用するコミュニケーション形式です。アイコノグラフィ、情報グラフィック、表、プロット、チャートなどの形でデジタルライフで普及しており、道路標識、コミックブック、食品ラベルなどの現実世界にも広がっています。このようなメディアをコンピュータがより理解できるようにすることは、科学的コミュニケーションと発見、アクセシビリティ、データの透過性に役立ちます。 ImageNetの登場以来、学習ベースのソリューションを使用してコンピュータビジョンモデルは大きな進歩を遂げてきましたが、焦点は自然画像にあり、分類、ビジュアルクエスチョンアンサリング（VQA）、キャプション、検出、セグメンテーションなどのさまざまなタスクが定義され、研究され、いくつかの場合には人間の性能に達成されています。しかし、ビジュアル言語は同じレベルの注目を集めていません。これは、この分野における大規模なトレーニングセットの不足のためかもしれません。しかし、PlotQA、InfographicsVQA、ChartQAなどの視覚言語イメージにおける質問応答システムの評価を目的とした新しい学術データセットが、ここ数年で作成されています。 ChartQAからの例。質問に答えるには、情報を読み取り、合計と差を計算する必要があります。これらのタスクに対して構築された既存のモデルは、光学的文字認識（OCR）情報とその座標を大規模なパイプラインに統合することに頼っていましたが、プロセスはエラーが発生しやすく、遅く、一般化が悪いです。既存の畳み込みニューラルネットワーク（CNN）またはトランスフォーマーに基づくエンドツーエンドのコンピュータビジョンモデルは、自然画像で事前にトレーニングされたモデルを簡単にビジュアル言語に適応させることができなかったため、これらの方法が広く使用されていました。しかし、既存のモデルは、棒グラフの相対高さや円グラフのスライスの角度を読み取り、軸のスケールを理解し、色、サイズ、テクスチャでピクトグラムを伝説値に正しくマッピングし、抽出された数字で数値演算を実行するなど、チャートの質問に対する課題には準備ができていません。これらの課題に対応するために、「MatCha：数学推論とチャートディレンダリングを活用したビジュアル言語の事前トレーニングの強化」という提案を行います。 MatChaは数学とチャートを表す言葉であり、2つの補完的なタスクでトレーニングされたピクセルからテキストへの基礎モデル（複数のアプリケーションでファインチューニングできる組み込み帰納バイアスを備えた事前トレーニングモデル）です。1つはチャートディレンダリングであり、プロットまたはチャートが与えられた場合、画像からテキストモデルはその基礎となるデータテーブルまたはレンダリングに使用されるコードを生成する必要があります。数学推論の事前トレーニングでは、テキストベースの数値推論データセットを選択し、入力を画像にレンダリングし、画像からテキストモデルが回答をデコードする必要があります。また、「DePlot：プロットからテーブルへの翻訳によるワンショットビジュアル言語推論」という、テーブルへの翻訳を介したチャートのワンショット推論にMatChaの上に構築されたモデルを提案します。これらの方法により、ChartQAの以前の最高記録を20％以上超え、パラメータが1000倍多い最高の要約システムに達成します。両方の論文はACL2023で発表されます。チャートディレンダリングプロットやチャートは、基礎となるデータテーブルとコードによって通常生成されます。コードは、図の全体的なレイアウト（タイプ、方向、色/形状スキームなど）を定義し、基礎となるデータテーブルは実際の数字とそのグループ化を確立します。データとコードの両方がコンパイラ/レンダリングエンジンに送信され、最終的な画像が作成されます。チャートを理解するには、イメージ内の視覚パターンを発見し、効果的に解析してグループ化し、主要な情報を抽出する必要があります。プロットレンダリングプロセスを逆転するには、すべてのこのような機能が必要であり、したがって理想的な事前トレーニングタスクとして機能することができます。ランダムなプロットオプションを使用して、Airbus A380 Wikipediaページの表から作成されたチャートです。MatChaの事前トレーニングタスクは、イメージからソーステーブルまたはソースコードを回復することです。チャート、その基礎となるデータテーブル、およびそのレンダリングコードを同時に取得することは、実践的には困難です。事前トレーニングデータを十分に収集するために、[chart、code]および[chart、table]のペアを独立して蓄積します。[chart、code]の場合、適切なライセンスを持つすべてのGitHub IPythonノートブックをクロールし、図を含むブロックを抽出します。図とそれに直前にあるコードブロックは、[chart、code]ペアとして保存されます。[chart、table]のペアについては、2つのソースを調査しました。最初のソースは、合成データで、TaPasコードベースからWebクロールされたWikipediaテーブルを手動でコードに変換します。列のタイプに応じて、いくつかのプロットオプションをサンプリングして組み合わせます。さらに、事前トレーニングコーパスを多様化するために、PlotQAで生成された[chart、table]ペアも追加します。2番目のソースはWebクロールされた[chart、table]ペアです。Statista、Pew、Our World in Data、OECDの4つのWebサイトから合計約20,000ペアを含むChartQAトレーニングセットでクロールされた[chart、table]ペアを直接使用します。数学的推論 MatChaに数値推論知識を組み込むために、テキスト数学データセットから数学的推論スキルを学習します。事前トレーニングには、MATHとDROPの2つの既存のテキスト数学推論データセットを使用します。MATHは合成的に作成され、各モジュール（タイプ）の質問ごとに200万のトレーニング例を含んでいます。DROPは読解型のQAデータセットで、入力はパラグラフのコンテキストと質問です。 DROPでの質問を解決するには、モデルがパラグラフを読み、関連する数字を抽出し、数値計算を実行する必要があります。私たちは、両方のデータセットが補完的であることを発見しました。MATHには、異なるカテゴリーにわたる多数の質問が含まれており、モデルに明示的に注入する必要がある数学的操作を特定するのに役立ちます。DROPの読解形式は、モデルが情報抽出と推論を同時に実行する典型的なQA形式に似ています。実際には、両方のデータセットの入力を画像にレンダリングします。モデルは答えをデコードするように訓練されます。 MATHとDROPからの例をMatChaの事前トレーニング目的に取り込むことにより、MatChaの数学的推論スキルを向上させます。入力テキストを画像としてレンダリングします。エンドツーエンドの結果 Webサイト理解に特化した画像からテキストへの変換トランスフォーマーであるPix2Structモデルバックボーンを使用し、上記の2つのタスクで事前トレーニングを行います。MatChaの強みを示すために、表の基礎にアクセスできない質問応答や要約のためのチャートやプロットを含むいくつかの視覚言語タスクで微調整します。MatChaは、以前のモデルの性能を大幅に上回り、基礎となるテーブルにアクセスできると仮定する以前の最先端も上回ります。以下の図では、チャートと作業するための標準的なアプローチであったOCRパイプラインから情報を取り込んだ2つのベースラインモデルを最初に評価します。最初のものはT5に基づき、2番目のものはVisionTaPasに基づきます。また、PaLI-17BとPix2Structのモデル結果を報告します。PaLI-17Bは、多様なタスクでトレーニングされた大型（他のモデルの約1000倍）のイメージプラステキスト・トゥ・テキスト・トランスフォーマーですが、テキストやその他の視覚言語の読み取り能力に限界があります。最後に、Pix2StructとMatChaのモデル結果を報告します。…

ソフトウェア開発活動のための大規模シーケンスモデル

Google の研究科学者である Petros Maniatis と Daniel Tarlow が投稿しました。ソフトウェアは一度に作られるわけではありません。編集、ユニットテストの実行、ビルドエラーの修正、コードレビューのアドレス、編集、リンターの合意、そしてより多くのエラーの修正など、少しずつ改善されていきます。ついには、コードリポジトリにマージするに十分な良い状態になります。ソフトウェアエンジニアリングは孤立したプロセスではなく、人間の開発者、コードレビュワー、バグ報告者、ソフトウェアアーキテクト、コンパイラ、ユニットテスト、リンター、静的解析ツールなどのツールの対話です。今日、私たちは DIDACT（Dynamic Integrated Developer ACTivity）を説明します。これは、ソフトウェア開発の大規模な機械学習（ML）モデルをトレーニングするための方法論です。 DIDACT の新規性は、完成したコードの磨き上げられた最終状態だけでなく、ソフトウェア開発のプロセス自体をトレーニングデータのソースとして使用する点にあります。開発者が作業を行う際に見るコンテキストと、それに対するアクションを組み合わせて、モデルはソフトウェア開発のダイナミクスについて学び、開発者が時間を費やす方法により合わせることができます。私たちは、Google のソフトウェア開発の計装を活用して、開発者活動データの量と多様性を以前の作品を超えて拡大しました。結果は、プロのソフトウェア開発者にとっての有用性と、一般的なソフトウェア開発スキルを ML モデルに注入する可能性という2つの側面で非常に有望です。 DIDACT は、編集、デバッグ、修復、およびコードレビューを含む開発活動をトレーニングするマルチタスクモデルです。私たちは DIDACT Comment…

検索増強視覚言語事前学習

Google Research Perceptionチームの学生研究者Ziniu Huと研究科学者Alireza Fathiによる投稿 T5、GPT-3、PaLM、Flamingo、PaLIなどの大規模なモデルは、数百億のパラメータにスケーリングされ、大規模なテキストおよび画像データセットでトレーニングされると、多大な量の知識を格納する能力を示しました。これらのモデルは、画像キャプション、ビジュアルクエスチョンアンサリング、オープンボキャブラリー認識などのダウンストリームタスクで最先端の結果を達成しています。しかし、これらのモデルはトレーニングに膨大な量のデータを必要とし、数十億のパラメータ（多くの場合）を持ち、著しい計算要件を引き起こします。また、これらのモデルをトレーニングするために使用されるデータは古くなる可能性があり、世界の知識が更新されるたびに再トレーニングが必要になる場合があります。たとえば、2年前にトレーニングされたモデルは、現在のアメリカ合衆国大統領に関する古い情報を提供する可能性があります。自然言語処理（RETRO、REALM）およびコンピュータビジョン（KAT）の分野では、検索増強モデルを使用してこれらの課題に取り組む研究がなされてきました。通常、これらのモデルは、単一のモダリティ（テキストのみまたは画像のみ）を処理できるバックボーンを使用して、知識コーパスから情報をエンコードおよび取得します。ただし、これらの検索増強モデルは、クエリと知識コーパスのすべての利用可能なモダリティを活用できず、モデルの出力を生成するために最も役立つ情報を見つけられない場合があります。これらの問題に対処するために、「REVEAL：Retrieval-Augmented Visual-Language Pre-Training with Multi-Source Multimodal Knowledge Memory」（CVPR 2023に掲載予定）では、複数のソースのマルチモーダル「メモリ」を利用して知識集中型クエリに答えることを学ぶビジュアル言語モデルを紹介します。REVEALは、ニューラル表現学習を使用して、さまざまな知識ソースをキー-バリューペアから成るメモリ構造に変換し、エンコードします。キーはメモリアイテムのインデックスとして機能し、対応する値はそれらのアイテムに関する関連情報を格納します。トレーニング中、REVEALは、キーエンベッディング、値トークン、およびこのメモリから情報を取得する能力を学習して、知識集中型クエリに対処します。このアプローチにより、モデルパラメータは暗記に専念するのではなく、クエリに関する推論に焦点を当てることができます。多様な知識ソースから複数の知識エントリを取得する能力を持つビジュアル言語モデルを拡張することで、生成を支援します。マルチモーダル知識コーパスからのメモリ構築私たちのアプローチは、異なるソースからの知識アイテムのキーと値のエンベッディングを事前に計算し、キー-バリューペアにエンコードして統一された知識メモリにインデックスするREALMと似ています。各知識アイテムは、より詳細に表現されたトークンエンベッディングのシーケンスである値としてエンコードされます。以前の研究とは異なり、REVEALは、WikiData知識グラフ、Wikipediaのパッセージと画像、Web画像テキストペア、ビジュアルクエスチョンアンサリングデータなど、多様なマルチモーダル知識コーパスを活用しています。各知識アイテムは、テキスト、画像、両方の組み合わせ（たとえば、Wikipediaのページ）、または知識グラフからの関係または属性（たとえば、バラク・オバマは6’2 “の背丈）の場合があります。トレーニング中、モデルパラメータが更新されるたびに、REVEALはキーと値のエンベッディングを連続的に再計算します。ステップごとにメモリを非同期に更新します。圧縮を使用したメモリのスケーリングメモリ値をエンコードするための素朴な解決策は、各知識アイテムのトークンのすべてのシーケンスを保持することです。次に、モデルは、すべてのトークンを連結してトランスフォーマーエンコーダーデコーダーパイプラインに送信することで、入力クエリとトップkの取得されたメモリ値を融合することができます。このアプローチには2つの問題があります。1つ目は、数億の知識アイテムをメモリに保持する場合、各メモリ値が数百のトークンから構成されている場合、実用的ではないことです。2つ目は、トランスフォーマーエンコーダーが自己注意のために合計トークン数×kに対して2次の複雑度を持っていることです。そのため、Perceiverアーキテクチャを使用して知識アイテムをエンコードおよび圧縮することを提案しています。Perceiverモデルは、トランスフォーマーデコーダーを使用して、フルトークンシーケンスを任意の長さに圧縮します。これにより、kが100にもなるトップkメモリエントリを取得できます。以下の図は、メモリのキー-バリューペアを構築する手順を示しています。各知識項目は、マルチモーダル視覚言語エンコーダを介して処理され、画像とテキストのトークンのシーケンスに変換されます。キー・ヘッドはこれらのトークンをコンパクトな埋め込みベクトルに変換します。バリュー・ヘッド（パーセプター）は、これらのトークンを少なくし、知識項目に関する適切な情報を保持します。異なるコーパスからの知識エントリを統一されたキーとバリューの埋め込みペアにエンコードし、キーはメモリのインデックスに使用され、値にはエントリに関する情報が含まれます。…

ビジュアルキャプション：大規模言語モデルを使用して、動的なビジュアルを備えたビデオ会議を補完する

Google Augmented Realityのリサーチサイエンティスト、Ruofei DuとシニアスタッフリサーチサイエンティストのAlex Olwalが投稿しました。ライブキャプションやノイズキャンセリングなどの機能により、ビデオ会議の最近の進歩により、リモートビデオ通信は大幅に改善されました。しかし、複雑で微妙な情報をより良く伝えるために、動的な視覚的拡張が役立つ場面があります。たとえば、日本食レストランで何を注文するか話し合う場合、友達があなたが「すき焼き」を注文することに自信を持つのに役立つビジュアルを共有することができます。また、最近の家族旅行について話しているときに、個人的なアルバムから写真を見せたい場合があります。 ACM CHI 2023 で発表された「Visual Captions: Augmenting Verbal Communication With On-the-fly Visuals」では、私たちは、口頭の手がかりを使用してリアルタイムのビジュアルを使って同期ビデオ通信を拡張するシステムを紹介します。私たちは、この目的のためにキュレーションしたデータセットを使用して、オープンボキャブラリーの会話で関連するビジュアルを積極的に提案するために、大規模な言語モデルを微調整しました。私たちは、実時間の転写とともに拡張されたコミュニケーションの急速なプロトタイピングに設計されたARChatプロジェクトの一部としてVisual Captionsをオープンソース化しました。 Visual Captionsは、リアルタイムのビジュアルで口頭コミュニケーションを容易にします。このシステムは、リアルタイムの音声からテキストへの転写でよく見られる誤りにも対応しています。たとえば、文脈から外れて、転写モデルは「pier」という単語を「pair」と誤解しましたが、Visual Captionsはそれでもサンタモニカのピアの画像を推奨します。動的なビジュアルで口頭コミュニケーションを拡張するための設計空間私たちは、ソフトウェアエンジニア、研究者、UXデザイナー、ビジュアルアーティスト、学生など、様々な技術的および非技術的なバックグラウンドを持つ10人の内部参加者を招待し、潜在的なリアルタイムビジュアル拡張サービスの特定のニーズと欲求を議論しました。2つのセッションで、私たちは想定されるシステムの低保守性のプロトタイプを紹介し、その後、既存のテキストから画像へのシステムのビデオデモを示しました。これらの議論により、以下のようにD1からD8とラベル付けされた8つの次元の設計空間が生まれました。ビジュアル拡張は、会話と同期または非同期に行われる場合があります（D1：時間）、話題の表現と理解の両方に使用できる場合があります（D2：主題）、さまざまなビジュアルコンテンツ、ビジュアルタイプ、ビジュアルソースを使用して適用できる場合があります（D3：ビジュアル）。このような視覚的拡張は、ミーティングの規模（D4：スケール）や、共同設置またはリモート設定でミーティングが行われているかどうか（D5：スペース）によって異なる場合があります。これらの要因はまた、ビジュアルが個人的に表示されるべきか、参加者間で共有されるべきか、あるいはすべての人に公開されるべきかを決定するのにも影響します（D6：プライバシー）。参加者はまた、会話をしながらシステムとやり取りするさまざまな方法を特定しました（D7：起動）。たとえば、人々は「プロアクティブ」の異なるレベルを提案しました。これは、ユーザーがモデルがイニシアチブを取る程度を示します。最後に、参加者は、入力に音声やジェスチャーを使用するなど、異なる相互作用方法を想定しました（D8：相互作用）。…

多言語での音声合成の評価には、SQuIdを使用する

Googleの研究科学者Thibault Sellamです。以前、私たちは1000言語イニシアチブとUniversal Speech Modelを紹介しました。これらのプロジェクトは、世界中の何十億人ものユーザーに音声および言語技術を提供することを目的としています。この取り組みの一部は、多様な言語を話すユーザー向けにVDTTSやAudioLMなどのプロジェクトをベースにした高品質の音声合成技術を開発することにあります。新しいモデルを開発した後は、生成された音声が正確で自然であるかどうかを評価する必要があります。コンテンツはタスクに関連し、発音は正確で、トーンは適切で、クラックや信号相関ノイズなどの音響アーティファクトはない必要があります。このような評価は、多言語音声システムの開発において大きなボトルネックとなります。音声合成モデルの品質を評価する最も一般的な方法は、人間の評価です。テキストから音声（TTS）エンジニアが最新のモデルから数千の発話を生成し、数日後に結果を受け取ります。この評価フェーズには、聴取テストが含まれることが一般的で、何十もの注釈者が一つずつ発話を聴取して、自然な音に聞こえるかどうかを判断します。人間はテキストが自然かどうかを検出することでまだ敵わないことがありますが、このプロセスは実用的ではない場合があります。特に研究プロジェクトの早い段階では、エンジニアがアプローチをテストして再戦略化するために迅速なフィードバックが必要な場合があります。人間の評価は費用がかかり、時間がかかり、対象言語の評価者の可用性によって制限される場合があります。進展を妨げる別の障壁は、異なるプロジェクトや機関が通常、異なる評価、プラットフォーム、およびプロトコルを使用するため、apple-to-applesの比較が不可能であることです。この点で、音声合成技術はテキスト生成に遅れを取っており、研究者らが人間の評価をBLEUや最近ではBLEURTなどの自動評価指標と補完して長年にわたって利用してきたテキスト生成から大きく遅れています。「SQuId: Measuring Speech Naturalness in Many Languages」でICASSP 2023に発表する予定です。SQuId（Speech Quality Identification）という600Mパラメーターの回帰モデルを紹介します。このモデルは、音声がどの程度自然かを示します。SQuIdは、Googleによって開発された事前学習された音声テキストモデルであるmSLAMをベースにしており、42言語で100万件以上の品質評価をファインチューニングし、65言語でテストされました。SQuIdが多言語の評価において人間の評価を補完するためにどのように使用できるかを示します。これは、今までに行われた最大の公開努力です。 SQuIdによるTTSの評価 SQuIdの主な仮説は、以前に収集された評価に基づいて回帰モデルをトレーニングすることで、TTSモデルの品質を評価するための低コストな方法を提供できるということです。このモデルは、TTS研究者の評価ツールボックスに貴重な追加となり、人間の評価に比べて正確性は劣るものの、ほぼ即時に提供されます。 SQuIdは、発話を入力とし、オプションのロケールタグ（つまり、”Brazilian Portuguese”や”British English”などのローカライズされた言語のバリアント）を指定することができます。SQuIdは、音声波形がどの程度自然に聞こえるかを示す1から5までのスコアを返します。スコアが高いほど、より自然な波形を示します。内部的には、モデルには3つのコンポーネントが含まれています：（1）エンコーダー、（2）プーリング/回帰層、および（3）完全接続層。最初に、エンコーダーはスペクトログラムを入力として受け取り、1,024サイズの3,200ベクトルを含む小さな2D行列に埋め込みます。各ベクトルは、時間ステップをエンコードします。プーリング/回帰層は、ベクトルを集約し、ロケールタグを追加し、スコアを返す完全接続層に入力します。最後に、アプリケーション固有の事後処理を適用して、スコアを再スケーリングまたは正規化して、自然な評価の範囲である[1、5]の範囲内に収まるようにします。回帰損失で全モデルをエンドツーエンドでトレーニングします。…

人間の注意力を予測するモデルを通じて、心地よいユーザーエクスペリエンスを実現する

Google Researchのシニアリサーチサイエンティスト、Junfeng He氏とスタッフリサーチサイエンティスト、Kai Kohlhoff氏による記事です。人間は、驚くほど多くの情報を取り入れる能力を持っています（網膜に入る情報は秒間約10 10ビット）。そして、タスクに関連し、興味深い領域に選択的に注目し、さらに処理する能力を持っています（例：記憶、理解、行動）。人間の注意（その結果として得られるものはしばしば注目モデルと呼ばれます）をモデル化することは、神経科学、心理学、人間コンピュータインタラクション（HCI）、コンピュータビジョンの分野で興味を持たれてきました。どの領域でも、どの領域でも、注目が集まる可能性が高い領域を予測する能力には、グラフィックス、写真、画像圧縮および処理、視覚品質の測定など、多数の重要な応用があります。以前、機械学習とスマートフォンベースの注視推定を使用して、以前は1台あたり3万ドルにも及ぶ専門的なハードウェアが必要だった視線移動の研究を加速する可能性について説明しました。関連する研究には、「Look to Speak」というアクセシビリティニーズ（ALSのある人など）を持つユーザーが目でコミュニケーションするのを支援するものと、「Differentially private heatmaps」という、ユーザーのプライバシーを保護しながら注目のようなヒートマップを計算する技術が最近発表されました。このブログでは、私たちはCVPR 2022からの1つの論文と、CVPR 2023での採用が決定したもう1つの論文、「Deep Saliency Prior for Reducing Visual Distraction」と「Learning from Unique Perspectives: User-aware…

NeRFを使用して室内空間を再構築する

Marcos Seefelder、ソフトウェアエンジニア、およびDaniel Duckworth、リサーチソフトウェアエンジニア、Google Research 場所を選ぶ際、私たちは次のような疑問を持ちます。このレストランは、デートにふさわしい雰囲気を持っているのでしょうか？屋外にいい席はありますか？試合を見るのに十分なスクリーンがありますか？これらの質問に部分的に答えるために、写真やビデオを使用することがありますが、実際に訪れることができない場合でもそこにいるような感覚には代わりがありません。インタラクティブでフォトリアルな多次元の没入型体験は、このギャップを埋め、スペースの感触や雰囲気を再現し、ユーザーが必要な情報を自然かつ直感的に見つけることができるようにすることができます。これを支援するために、Google MapsはImmersion Viewを開発しました。この技術は、機械学習（ML）とコンピュータビジョンの進歩を活用して、Street Viewや航空写真など数十億の画像を融合して世界の豊富なデジタルモデルを作成します。さらに、天気、交通、場所の混雑度などの役立つ情報を上に重ねます。Immersive Viewでは、レストラン、カフェ、その他の会場の屋内ビューが提供され、ユーザーが自信を持ってどこに行くかを決めるのに役立ちます。今日は、Immersion Viewでこれらの屋内ビューを提供するために行われた作業について説明します。私たちは、写真を融合してニューラルネットワーク内で現実的な多次元の再構成を生成するための最先端の手法であるニューラル輝度場（NeRF）に基づいています。私たちは、DSLRカメラを使用してスペースのカスタム写真キャプチャ、画像処理、およびシーン再現を含むNeRFの作成パイプラインについて説明します。私たちは、Alphabetの最近の進歩を活用して、視覚的な忠実度で以前の最先端を上回るか、それに匹敵する方法を設計しました。これらのモデルは、キュレーションされたフライトパスに沿って組み込まれたインタラクティブな360°ビデオとして埋め込まれ、スマートフォンで利用可能になります。アムステルダムのThe Seafood Barの再構築（Immersive View内）。写真からNeRFへ私たちの作業の中核にあるのは、最近開発された3D再構成および新しいビュー合成の方法であるNeRFです。シーンを説明する写真のコレクションがある場合、NeRFはこれらの写真をニューラルフィールドに凝縮し、元のコレクションに存在しない視点から写真をレンダリングするために使用できます。 NeRFは再構成の課題を大部分解決したものの、実世界のデータに基づくユーザー向け製品にはさまざまな課題があります。たとえば、照明の暗いバーから歩道のカフェ、ホテルのレストランまで、再構成品質とユーザー体験は一貫している必要があります。同時に、プライバシーは尊重され、個人を特定する可能性のある情報は削除される必要があります。重要なのは、シーンを一貫してかつ効率的にキャプチャし、必要な写真を撮影するための労力を最小限に抑えたまま、高品質の再構成が確実に得られることです。最後に、すべてのモバイルユーザーが同じ自然な体験を手に入れられるようにすることが重要です。 Immersive View屋内再構築パイプライン。キャプチャ＆前処理高品質なNeRFを生成するための最初のステップは、シーンを注意深くキャプチャすることです。3Dジオメトリーとカラーを派生させるための複数の異なる方向からの密な写真のコレクションを作成する必要があります。オブジェクトの表面に関する情報が多いほど、モデルはオブジェクトの形状やライトとの相互作用の方法を発見する際により優れたものになります。さらに、NeRFモデルはカメラやシーンそのものにさらなる仮定を置きます。たとえば、カメラのほとんどのプロパティ（ホワイトバランスや絞りなど）は、キャプチャ全体で固定されていると仮定されます。同様に、シーン自体は時間的に凍結されていると仮定されます。ライティングの変更や動きは避ける必要があります。これは、キャプチャに必要な時間、利用可能な照明、機器の重さ、およびプライバシーなどの実用上の問題とのバランスを取る必要があります。プロの写真家と協力して、DSLRカメラを使用して会場写真を迅速かつ信頼性の高い方法でキャプチャする戦略を開発しました。このアプローチは、現在までのすべてのNeRF再構築に使用されています。…

スピードは必要なすべてです：GPU意識の最適化による大規模拡散モデルのオンデバイス加速化

コアシステム&エクスペリエンスのソフトウェアエンジニアであるJuhyun LeeとRaman Sarokinによる投稿画像生成のための大規模な拡散モデルの普及により、モデルサイズと推論ワークロードは大幅に増加しました。モバイル環境でのオンデバイスML推論には、リソース制約のために緻密なパフォーマンス最適化とトレードオフの考慮が必要です。コスト効率とユーザープライバシーの必要性により、大規模拡散モデル（LDM）のオンデバイスでの実行は、これらのモデルの大幅なメモリ要件と計算要件のために更に大きな課題を提供します。本稿では、私たちの「速さこそがすべて：GPUによる大規模拡散モデルのオンデバイスアクセラレーションによる最適化」に焦点を当て、モバイルGPU上の基本的なLDMモデルの最適化された実行について述べます。このブログ記事では、Stable Diffusionなどの大規模拡散モデルを高速で実行するために使用した主なテクニックをまとめ、512×512ピクセルのフル解像度で20回イテレーションを行い、蒸留なしでオリジナルモデルの高性能推論速度で12秒未満で実行できるようにしました。前回のブログ記事で述べたように、GPUアクセラレーションされたML推論は、メモリのパフォーマンスに制限されることがよくあります。そして、LDMの実行も例外ではありません。したがって、私たちの最適化の中心テーマは、演算論理ユニットの効率性を優先するものよりも、メモリの入出力（I/O）の効率性であり、ML推論の全体的なレイテンシを減らすことです。 LDMのサンプル出力。プロンプトテキスト：「周りの花と可愛い子犬の写真リアルな高解像度画像」。メモリ効率のための強化されたアテンションモジュール ML推論エンジンは通常、最適化されたさまざまなML操作を提供します。しかし、各ニューラルネット演算子を実行するためのオーバーヘッドがあるため、最適なパフォーマンスを達成することは依然として難しい場合があります。このオーバーヘッドを緩和するため、ML推論エンジンは、複数の演算子を1つの演算子に統合する広範な演算子フュージョンルールを組み込んで、テンソル要素を横断するイテレーション数を減らすことで、イテレーションあたりの計算を最大限に増やします。たとえば、TensorFlow Liteは、畳み込みのような計算負荷の高い演算と、後続の活性化関数であるReLUのような演算を組み合わせる演算子フュージョンを利用しています。最適化の明らかな機会は、LDMのデノイザーモデルで採用された頻繁に使用されるアテンションブロックです。アテンションブロックにより、重要な領域に重みを割り当てることで、モデルは入力の特定の部分に焦点を当てることができます。アテンションモジュールを最適化する方法は複数ありますが、以下に説明する2つの最適化のうち、どちらが優れたパフォーマンスを発揮するかに応じて、選択的に1つを使用します。第1の最適化である部分的にフュージョンされたsoftmaxは、アテンションモジュール内のsoftmaxと行列乗算の間の詳細なメモリ書き込みと読み取りを省略します。アテンションブロックが単純な行列乗算であると仮定すると、Y = softmax（X）* Wの形式で表されます。ここで、XとWはそれぞれa×bおよびb×cの2D行列です（下図参照）。数値の安定性のために、T= softmax（X）は、通常、3つのパスで計算されます。リストの最大値を決定し、行ごとに行列Xを計算します各リスト項目の指数関数と最大値（パス1から）の差を合計しますアイテムから最大値を引いた指数関数を、パス2からの合計で除算しますこれらのパスを単純に実行すると、中間テンソル T に全体のsoftmax関数の出力が格納されるため、巨大なメモリ書き込みが必要になります。パス1と2の結果のみを保存するテクニックを使用することで、m と…

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