PAI-Diffusion中文模型全面升级，海量高清艺术大图一键生成

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作者：段忠杰（终劫）、刘冰雁（伍拾）、汪诚愚（熊兮）、黄俊（临在）

背景

以Stable Diffusion模型为代表，AI生成内容（AI Generated Content，AIGC）的模型和应用呈现出井喷式的增长趋势。在先前的工作中，阿里云机器学习PAI团队开源了PAI-Diffusion系列模型（看这里），包括一系列通用场景和特定场景的文图生成模型，例如古诗配图、二次元动漫、魔幻现实等。这些模型的Pipeline除了包括标准的Diffusion Model，还集成了PAI团队先前提出的中文CLIP跨模态对齐模型（看这里）使得模型可以生成符合中文文本描述的、各种场景下的高清大图。此外，由于Diffusion模型推理速度比较慢，而且需要耗费较多的硬件资源，我们结合由PAI自主研发的编译优化工具 PAI-Blade，支持对PAI-Diffusion模型的端到端的导出和推理加速，在A10机器下做到了1s内的中文大图生成（看这里）。在本次的工作中，我们对之前的PAI-Diffusion中文模型进行大幅升级，主要的功能扩展包括：

  • 图像生成质量的大幅提升、风格多样化：通过大量对模型预训练数据的处理和过滤，以及训练过程的优化，PAI-Diffusion中文模型生成的图像无论在质量上，还是在风格上都大幅超越先前版本；
  • 丰富的精细化模型微调功能：除了对模型的标准微调，PAI-Diffusion中文模型支持开源社区的各种微调功能，包括LoRA、Textual Inversion、DreamBooth、ControlNet等，支持各类图像生成和编辑的功能；
  • 简单易用的场景化定制方案：除了训练各种通用场景下的中文模型，我们也在垂类场景下做了很多尝试和探索，通过场景化的定制，可以在各种产品中使用这些模型，包括Diffuser API、WebUI等。

在下文中，我们详细介绍PAI-Diffusion中文模型的新功能和新特性。

艺术画廊

在详细介绍PAI-Diffusion中文模型及其功能前，我们首先带大家参观我们的艺术画廊，下面的所有图片都采用PAI-Diffusion中文模型真实生成。

positive prompt: 人工智能，未来派，4k，科幻

negative prompt: 模糊

positive prompt: 魔法药瓶

negative prompt:

positive prompt: 雄鹰展翅，风暴，动漫风格

negative prompt:

positive prompt: 中国风景图 远山、清水、古楼、古船、飞鸟、云雾，光线灿烂，远距离透视，超广角，气势磅礴，色彩逼真

negative prompt: 丑陋，畸形，模糊，画面不连贯，污染，噪声

positive prompt: 带墨镜的猫，黑客，特工，西装

negative prompt:

positive prompt: 海底世界，各种鱼类，海草

negative prompt:

positive prompt: 白瓷的咖啡杯，质地细腻、透光性好，中国传统的瓷器。深蓝色主色调。 高贵、优雅、沉稳

negative prompt: 斑点

positive prompt: 柴犬小狗，机甲，机器人，未来科技

negative prompt:

positive prompt: 白色小狐狸，扁平画风

negative prompt: 斑点，噪点

positive prompt: 参天大树，浮雕，画框

negative prompt:

positive prompt: 东方美女，学妹，少女，精致面容，可爱，长发，古装，汉服，画面精致，完美造型，柔和的色彩，电影感

negative prompt:

positive prompt: 奇妙几何形别墅，悬崖上

negative prompt:

positive prompt: 粉红色羽毛的猫头鹰

negative prompt:

positive prompt: 浮岛，天空，白云，城堡，幻想世界

negative prompt: 油画，模糊，雾蒙蒙

positive prompt: 一个抽烟的美丽女人的画像，梦幻般的色彩，精美细节

negative prompt: 丑陋，畸形，污染，噪声

positive prompt: 一个穿着连帽衫的酷女孩，日蚀背景，精美细节，赛博朋克

negative prompt: 噪声，污染

positive prompt: 火车，雪地，隧道，昏暗灯光，恐怖片

negative prompt: 多个铁轨

positive prompt: 金属盒子，宝箱，神秘，反光，骷髅，草地上

negative prompt:

positive prompt: 镜中花，水中月，水彩画，大量笔墨

negative prompt:

positive prompt: 阳光，彩虹，小白马

negative prompt:

positive prompt: 中国剪纸画，雪山，白云，落日

negative prompt:

positive prompt: 日落时分城市的鸟瞰图，日蚀行星建构主义风格

negative prompt: 噪点，扭曲

positive prompt: 山水画，流畅的线条，优美的山水图案

negative prompt: 斑点

positive prompt: 亭台楼阁，曲径通幽，水墨绘画，中国风

negative prompt: 油画，彩色

positive prompt: 洋葱头小精灵，可爱，童话

negative prompt:

positive prompt: 一只小猪在夕阳下奔跑，童话绘本

negative prompt:

positive prompt: 一个戴着眼镜的女孩 ，精致的五官，白皮肤，赛博朋克场景，全身照片

negative prompt:

positive prompt: 一个在上学路上的女孩，宫崎骏的绘画风格，清晰

negative prompt: 摄影，写实，模糊

positive prompt: 向日葵花海，最高的质量，8K，超精细刻画

negative prompt:

positive prompt: 落日风景油画，朦胧美

negative prompt: 画框，画笔

positive prompt: 生肖兔，武侠风，仙气，紫砂盔甲配剑，细节，特写

negative prompt:

positive prompt: 盛世莲花，传说，荷塘，发光，柔和光线，CG感

negative prompt: 斑点

positive prompt: 陶瓷大花瓶，牡丹花

negative prompt:

positive prompt: 童话绘本，蘑菇，树林，低饱和度氛围，可爱，萌萌哒

negative prompt:

positive prompt: 未来战士，机械装甲，光剑，红眼，科幻

negative prompt: 景深，模糊

positive prompt: 蝴蝶，对称美感，数字艺术

negative prompt:

PAI-Diffusion ModelZoo

我们利用海量中文图文对数据，训练了多个Diffusion中文模型，参数量均在10亿左右。本次我们开源了如下两个模型。概述如下所示：

模型名

使用场景

pai-diffusion-artist-large-zh

中文文图生成艺术模型，默认支持生成图像分辨率为512*512

pai-diffusion-artist-xlarge-zh

中文文图生成艺术模型（更大分辨率），默认支持生成图像分辨率为768*768

为了提升模型输出图像的质量，在最大限度内避免出现不合规或低质量内容，我们搜集海量开源的图文对数据集，包括大规模中文跨模态预训练数据集WuKong、大规模多语言多模态数据集LAION-5B等。我们针对图像和文本进行了多种清洗方式，筛选掉违规和低质量数据。具体的数据处理方式包括NSFW（Not Safe From Work）数据过滤、水印数据去除，以及使用CLIP分数和美观值分数评分，选出最合适的预训练数据子集进行训练。与英文开源社区的Diffusion模型不同，我们的CLIP Text Encoder采用EasyNLP自研的中文CLIP模型（https://github.com/alibaba/EasyNLP），并且在Diffusion训练过程中冻结其参数，使得模型对中文语义的建模更加精确。值得注意的是，上表的图像分辨率指训练过程中的图像分辨率，在模型推理阶段可以设置不同的分辨率。

PAI-Diffusion模型特性

为了更加便于广大用户使用PAI-Diffusion模型，我们从如下几个方面详细介绍PAI-Diffusion模型的特性。

丰富多样的模型微调方法

PAI-Diffusion模型和社区Stable Diffusion等模型的参数量一般在十亿左右。这些模型的全量参数微调往往需要消耗大量计算资源。除了标准的模型微调，PAI-Diffusion模型支持多种轻量化微调算法，支持用户在计算量尽可能少的情况下，实现模型的特定领域、特定场景的微调。以下，我们也给出两个轻量化微调的示例。

使用LoRA进行模型轻量化微调

PAI-Diffusion模型可以使用LoRA（Low-Rank Adaptation）算法进行轻量化微调，大幅降低计算量。调用开源脚本train_text_to_image_lora.py，我们同样可以实现PAI-Diffusion中文模型的轻量化微调。训练命令示例如下：

export MODEL_NAME="model_name"
export TRAIN_DIR="path_to_your_dataset"
export OUTPUT_DIR="path_to_save_model"

accelerate launch train_text_to_image_lora.py 
  --pretrained_model_name_or_path=$MODEL_NAME 
  --train_data_dir=$TRAIN_DIR 
  --resolution=512 --center_crop --random_flip 
  --train_batch_size=1 
  --gradient_accumulation_steps=4 
  --max_train_steps=15000 
  --learning_rate=1e-04 
  --max_grad_norm=1 
  --lr_scheduler="cosine" --lr_warmup_steps=0 
  --output_dir=$OUTPUT_DIR

其中，MODEL_NAME是用于微调的PAI-Diffusion模型名称或路径，TRAIN_DIR是训练集的本地路径，OUTPUT_DIR为模型保存的本地路径（只包含LoRA微调参数部分）。当模型LoRA轻量化微调完毕之后可以使用如下示例代码进行文图生成：

from diffusers import StableDiffusionPipeline

model_id = "model_name"
lora_path = "model_path/checkpoint-xxx/pytorch_model.bin"
pipe = StableDiffusionPipeline.from_pretrained(model_id)
pipe.unet.load_attn_procs(torch.load(lora_path))
pipe.to("cuda")
image = pipe("input text").images[0]  
image.save("result.png")

其中，model_path即为微调后的模型保存的本地路径（只包含LoRA微调参数部分），即前一步骤的OUTPUT_DIR；model_id为原始的没有经过LoRA微调的模型。

使用Textual Inversion进行模型定制化轻量微调

由于PAI-Diffusion模型一般用于生成各种通用场景下的图像，Textual Inversion是一种定制化轻量微调技术，使模型生成原来模型没有学会的、新的概念相关图像。PAI-Diffusion模型可以使用Textual Inversion算法进行轻量化微调。同样地，我们可以运行脚本textual_inversion.py，训练命令示例如下：

export MODEL_NAME="model_name"
export TRAIN_DIR="path_to_your_dataset"
export OUTPUT_DIR="path_to_save_model"

accelerate launch textual_inversion.py 
  --pretrained_model_name_or_path=$MODEL_NAME 
  --train_data_dir=$TRAIN_DIR 
  --learnable_property="object" 
  --placeholder_token="" --initializer_token="猫" 
  --resolution=512 
  --train_batch_size=1 
  --gradient_accumulation_steps=4 
  --max_train_steps=100 
  --learning_rate=5.0e-04 --scale_lr 
  --lr_scheduler="constant" 
  --lr_warmup_steps=0 
  --output_dir=$OUTPUT_DIR

其中，MODEL_NAME是用于微调的PAI-Diffusion模型名称，TRAIN_DIR是前述训练集的本地路径，OUTPUT_DIR为模型保存的本地路径。其中placeholder_token是与新的概念相关的文本，initializer_token是与新的概念密切相关的字（用于初始化新的概念对应的参数），这里我们以小奶猫为例。当模型轻量化微调完毕之后可以使用如下示例代码进行文图生成：

from diffusers import StableDiffusionPipeline

model_path = "path_to_save_model"
pipe = StableDiffusionPipeline.from_pretrained(model_path).to("cuda")
image = pipe("input text").images[0]  
image.save("result.png")

其中，model_path即为微调后的模型保存的本地路径，即前一步骤的OUTPUT_DIR。注意在使用微调后的模型生成包含新的概念的图像时，文本中新的概念用步骤二中的placeholder_token表示，例如：

输入文本：一只在草地上

输入文本：一只在沙发上

输出图像

输出图像

AIGC系列模型的潜在风险在于容易生成不可控的、带有违法信息的内容，影响了这些模型在下游业务场景中的应用。PAI-Diffusion中文模型支持多种可控的图像编辑功能，允许用户对生成的图像内容作出限制，从而使得结果更加可用。PAI-Diffusion中文模型对StableDiffusionImg2ImgPipeline做到完全兼容，这一文本引导的图像编辑Pipeline允许模型在给定输入文本和图像的基础上，生成相关的图像，示例脚本如下：

from diffusers import StableDiffusionImg2ImgPipeline

pipe = StableDiffusionImg2ImgPipeline.from_pretrained("model_name").to("cuda")
image = pipe(prompt="input text", image=init_image, strength=0.75, guidance_scale=7.5).images[0]
image.save("result.png")

以下给出一个输入输出的示例：

输入文本：雪地里的两只企鹅

输入图像

输出图像

场景定制化的功能支持

除了用于生成艺术大图，通过对PAI-Diffusion中文模型进行继续预训练，我们也可以得到高度场景化的中文模型。以下是PAI-Diffusion中文模型在美食数据上继续预训练后生成的结果，可以看出只要拥有高质量的业务数据，可以产出针对不同业务场景的Diffusion模型。这些模型可以进一步与LoRA、ControlNet等技术进行无缝结合，做到与业务更契合、更可控的图像编辑与生成。

菠萝炒饭

韭菜鸡蛋水饺

番茄炒蛋

韩式炸鸡

红烧狮子头

清汤娃娃菜

模型的使用和下载

在开源社区使用PAI-Diffusion中文模型

为了方便开源社区使用这些模型，我们将这两个模型接入了两个知名的开源模型分享社区HuggingFace和ModelScope。以HuggingFace为例，我们可以使用如下代码进行模型推理：

from diffusers import StableDiffusionPipeline

model_id = "alibaba-pai/pai-diffusion-artist-large-zh"
pipe = StableDiffusionPipeline.from_pretrained(model_id)
pipe = pipe.to("cuda")

prompt = "雾蒙蒙的日出在湖面上"
image = pipe(prompt).images[0]  
image.save("result.png")

在ModelScope的使用接口示例如下：

from modelscope.pipelines import pipeline
import cv2

p = pipeline('text-to-image-synthesis', 'PAI/pai-diffusion-artist-large-zh', model_revision='v1.0.0')
result = p({'text': '雾蒙蒙的日出在湖面上'})
image = result["output_imgs"][0]
cv2.imwrite("image.png", image)

此外，我们也在EasyNLP算法框架中开设了Diffusion算法专区（链接），提供各种PAI-Diffusio模型的使用脚本和教程。

在PAI-DSW使用PAI-Diffusion中文模型

PAI-DSW（Data Science Workshop）是阿里云机器学习平台PAI开发的云上IDE，面向不同水平的开发者，提供了交互式的编程环境（文档）。在DSW Gallery中，提供了各种Notebook示例，方便用户轻松上手DSW，搭建各种机器学习应用。我们也在DSW Gallery中上架了使用PAI-Diffusion中文模型的Sample Notebook，欢迎大家体验！

免费领取：阿里云机器学习平台PAI为开发者提供免费试用额度,包含DSW、DLC、EAS多款产品。https://free.aliyun.com/?pipCode=learn

未来展望

在这一期的工作中，我们对PAI-Diffusion中文模型的效果和功能进行了大幅扩展，使得图像生成质量的大幅提升、风格多样化。同时，我们支持包括LoRA、Textual Inversion等多种精细化模型微调和编辑功能。此外，我们也展示了多种场景化定制方案，方便用户在特定场景下训练和使用自己的Diffusion中文模型。在未来，我们计划进一步扩展各种场景的模型功能。

阿里灵杰回顾

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  • 阿里灵杰：预训练知识度量比赛夺冠！阿里云PAI发布知识预训练工具
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