Ученые придумали новые подходы для создания реалистичных картинок с помощью нейронных сетей
Команда российских ученых, работающих в МФТИ, Иннополисе и Сколково, совершила научный прорыв в области генеративного моделирования — создании новых изображений, похожих на настоящие фотографии или рисунки. Они разработали новый метод, который значительно ускоряет и упрощает процесс генерации в теории и на практике.
Их результаты опубликованы в материалах конференции NeurIPS 2024. Генеративное моделирование — это область искусственного интеллекта, занимающаяся созданием новых данных, подобных уже существующим. Это могут быть изображения, тексты, музыкальные произведения и многое другое. Генеративные модели находят применение в самых разных областях: от создания реалистичных изображений для игр и фильмов до разработки новых лекарств и материалов. Одна из ключевых технологий в этой области — сопоставление потоков (Flow Matching).
Сопоставление потоков нужно для того, чтобы плавно преобразовать одно распределение данных в другое. Например, превратить набор черно-белых изображений в набор цветных фото, на которых нарисовано то же самое. Сопоставление потоков похоже на создание «реки» или «потока», который течет из одного распределения в другое. Каждый элемент данных при таком подходе представляется собой как бы частичку, которая плывет по этому потоку, плавно изменяя свои свойства. Задача заключается в том, чтобы найти поток, который наилучшим образом преобразует исходные данные в целевые.
В ранних моделях, основанных на сопоставлении потоков, «река» часто имела извилистые русла, а «путешествие» частиц было долгим и сложным. Это приводило к замедлению процесса генерации новых данных. Поэтому ученые искали способы сделать траектории потока максимально прямыми.
Существующие подходы к выпрямлению траекторий имели свои недостатки. Некоторые методы были итеративными, то есть многократно повторяли процесс улучшения «прямоты», накапливая при этом ошибки. Другие методы основывались на упрощенных приближениях, которые не гарантировали нужного результата.
Новый метод оптимального сопоставления потоков, представленный на конференции NeurIPS 2024, решает эти проблемы. Авторы исследования разработали и теоретически обосновали новый подход, который позволяет вычислять поток с прямыми траекториями всего за одну минимизацию функции потерь, используя для этого векторные поля, параметризованные выпуклыми функциями. Вместо того, чтобы позволять точкам блуждать по всем возможным путям, новый подход оптимального сопоставления потоков использует особые «векторные поля», которые задают прямые траектории движения.
Это подобно тому, как строители прокладывают прямую дорогу между двумя пунктами, не допуская изгибов. Эти векторные поля математически связаны с градиентами выпуклых функций , которые задают «инструкции» для движения точек по прямым путям. Это позволяет получить поток с прямыми траекториями и, следовательно, генерировать новые данные намного быстрее и эффективнее, чем с помощью предыдущих методов. Разработанный авторами алгоритм не требует многократных итераций и сложных приближений, что значительно упрощает процесс и повышает точность.
В своем исследовании ученые продемонстрировали валидность доказанной теории и эффективность предложенного ими метода на различных задачах, начиная от простых двумерных примеров и заканчивая довольно сложными задачами перевода изображений.
Новый подход показал лучшие результаты, чем существующие методы, значительно уменьшив погрешность и ускорив генерацию реалистичных изображений.
«Наш подход может быть эффективно использован для решения различных задач, связанных с созданием новых наборов данных и их преобразованием. Например, для создания реалистичных изображений человеческих лиц, превращения эскизов в фотореалистичные картинки, генерации новых текстур и для восстановления ранее поврежденных изображений» — рассказал Александр Гасников, заведующий лабораторией математических методов оптимизации МФТИ.
Разработка нового алгоритма открывает новые возможности для исследований в области генеративного моделирования. Ученые планируют изучить применение его к еще более сложным задачам, а также улучшить сам алгоритм для повышения его скорости и универсальности. Их исследование обещает ускорить развитие технологий, связанных с созданием и преобразованием данных, открывая новые возможности для различных областей науки и техники.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Авторы нового исследования провели сравнительный анализ видов паукообразных и выяснили, какие эволюционные и биомеханические факторы делают одних пауков быстрыми, а других — медленными. Параллельно ученые выделили из этой группы рекордсмена по скорости перемещения.
Сотрудники факультета экономических наук НИУ ВШЭ показали, что точность прогноза рождаемости в России можно улучшить почти в полтора раза, если добавить в модель динамику поисковых запросов по темам, связанным с беременностью и родами. В наиболее эффективных моделях ошибка прогноза снижается с 4,6 до 3,2%.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно