WGAN-GPは安定していたが...

引き続いて、Generative Deep Learning [1] の 4章 Wasserstein GAN with Gradient Penalty (WGAN-GP)のサンプル (wgan_gp.ipynb)[2]を試し、学習の安定性が向上していることは見て取れた。一方で、Gradient Penalty のためにInterpolated imageを使うことによってアーティファクトが発生していた。実用的には単純なinterpolationではなくもっと工夫が必要なことが見て取れた。

このサンプルは、VRAM 6GBのRTX A2000では メモリ不足で実行できなかったが、GPU無し用のdocker imageを使いCPUのみを使って実行した。

このサンプルでは、下記のような64x64のカラー画像の画像セットで学習する。

学習は、１epochあたり判別機の学習をCRITIC_STEPS 回 行って 200 epoch 行う。
まずは、サンプルそのままに CRITIC_STEPS = 3 で実行。
その学習の進捗を50 epochごとに示すと、
1/200
.
50/200

100/200

150/200

199/200

となる。
最終的に生成される画像の例がこちら。

教科書figure 4-14の生成例と比べるといまいち。WGAN-GPの学習の安定性を見るために学習と生成を3回行い、その結果を並べてみるとこの通りで、DCGANを試した時と比べるとずっと学習が安定している。しかし、教科書にあるほど良い結果にはなってない。あれは良い画像だけを選んだものかな？




ちなみに、学習にかかった時間は約120分。 マシンは、メモリが16GBでCPUが Core i5 10600 (3.3GHz) 6 コア 12 Thread.
結果がいまいちに思えたので、CRITIC_STEPSを変えて試してみた。CRITIC_STEPSが 2, 3, 5, 7 で最終的な生成画像を並べてみるとこうなる。この結果で言うとサンプルのCRITIC_STEPSはちょっと少なかったかな。ただ回数を増やせば学習の所要時間も増して、それに見合うほどの画質向上が得られるかというところがある。
CRITIC_STEPS=2 使用時間 85分

CRITIC_STEPS=3 所要時間 118分

CRITIIC_STEPS=5 所要時間 186分

CRITIC_STEPS=7 所要時間 253分


下記は生成された画像の一つだが、二重写しのように見える。思うに、Gradient Penalty のためにオリジナルと生成物の二つをミックスしてほどほどの評価点の物として学習させているため、二重写しもそれなりに受け入れられる画像として学習してしまっているのかと推測した。


[1] Generative Deep Learning, 2nd Edition by David Foster, Released May 2023, Publisher: O'Reilly Media, Inc. ISBN: 9781098134181
[2] https://github.com/davidADSP/Generative_Deep_Learning_2nd_Edition

DCGANはなかなか難しい

Generative Deep Learning [1] の 4章 deep convolutional GANのサンプル (dcgan.ipynb)[2]を試してみたところ、DCGANで思うような結果を出すのが難しいと実感できた。
このサンプルでは、下記のようなレゴブロックのモノクロ画像(64x64 dot)を教師データとしてレゴブロックの画像生成を行う。

生成器と識別器がだまし/だまされないように互いに切磋琢磨(?)するのが、敵対的生成ネットワーク (Generative adversarial networks: GAN) で、生成器と識別器が畳み込みニューラルネットワークでできたGANが deep convolutional GAN: DCGAN.

で、上手く訓練ができれば、このように画像が生成できる。出来がいまいちだって？ DCGANの規模が小さいからかな。でも、これは4回目にやっとできた上出来の結果なんだ。

一回目だと、最初は良い感じに訓練できていたものの途中でこんな風に偏ってしまい、

結果としてこういう画像を生成するようになってしまった。

二回目もやっぱり、途中までは良いものの突然このように道を踏み外して、

結果はこれ。

三回目もやっぱり、途中で偏ってしまってこの結果。



識別器が、画像の特定の特徴のみを見て真偽判定するように訓練され、生成器もそれに合わせてその特徴のみを模倣するように訓練されてしまったという事なのだろう。

教科書では、「GANは生成モデルにブレークスルーをもたらしたが、GANはとても訓練が難しい」とさらっと書いてある。が、実際にコードを動かしてみると長々待ってできたのが使えない生成器という繰り返しは結構しんどい。
このサンプルは、VRAM 6GBの RTX A2000で動かしている。一つのstepに二十数秒かかっていてそれを300回繰り返しているから、トータルで1時間以上かかる。それだけ時間をかけて出てきた結果が使えない生成器だとがっかり。

何事もやってみないと分からない。

[1] Generative Deep Learning, 2nd Edition by David Foster, Released May 2023, Publisher: O'Reilly Media, Inc. ISBN: 9781098134181
[2] https://github.com/davidADSP/Generative_Deep_Learning_2nd_Edition