Üretici yapay nöron ağlarının mimari tasarım için kullanılması

Abstract

Üretici Çekişmeli Ağlar (ÜÇA) birbiriyle rekabet eden iki ayrı derin yapay nöron ağından oluşan, yeni ve gerçekçi yapay örnekler üretmeyi amaçlayan üretici modellerdir. Bu iki ağdan birisi olan üretici ağ rassal gürültü vektörünü girdi olarak alır ve gürültüyü yapay bir görüntü örneğine dönüştürerek çıktı olarak verir. Üretici Çekişmeli Ağ’ı oluşturan diğer ağ ise ayırt edici ağdır. Ayırt edici ağ, üretici ağdan elde edilen görüntü ile gerçek bir görüntü örneğini girdi olarak alır ve her birini "üretilmiş görüntü" veya "gerçek görüntü" olarak sınıflandırır. Ağların optimizasyonu için eğitim aşamasında her iki ağın kayıp fonksiyonları farklı biçimde hesaplanır. Üretici ağda üretilmiş örnek için kayıp hesaplanarak parametrelerin optimizasyonu yapılır. Ayırt edici ağda ise hem gerçek hem de üretilmiş örnekler için toplam kayıp hesaplanarak ağ parametrelerine geri besleme uygulanır. Birbiriyle rekabet eden iki ağdan birisinin parametre güncellemesi diğer ağın parametrelerini değişime zorlamıyorsa parametre eğitimi sonlandırılır. Üretici ağın güncel parametre değerleriyle yapay örnekler üretilir. Eldeki veri kümesinin olasılıksal dağılımını öğrenerek, bu dağılıma uygun örnekler üretmeyi amaçlayan ÜÇA ile yapay görüntü ve video üretme konusunda çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışma ile derin ağların üretici modellerinden birisi olan Üretici Çekişmeli Ağlar'ın farklı mimari tarzlarda bina ve bina unsurlarını üretmedeki başarımları üzerine bir araştırma yapılmıştır. ÜÇA yardımıyla Romanesk ve İslam mimarisi gibi farklı mimari tarzlarda gerçekçi yapılar üretilmiştir. Eğitimde kullanılan görüntü veri kümesi yaklaşık 39000 cami, kilise, katedral, medrese, kütüphane ve kalelere ait görüntülerden oluşturulmuştur. Veri kümesinde binaların dış ve iç cephe görüntülerinin yanında kubbe, kule, minare, tonoz, kapı girişi ve vitray gibi mimari unsurlar bulunmaktadır. Bu çalışmada Üretici Çekişmeli Ağlar ile gerçekçi ve yüksek kalitede Romanesk ve İslam mimarisi örnekleri üretmek için BigGAN ağ mimarisi üzerinde gerekli düzenlemeler yapılmıştır. Üretilen görüntüler ile modelin başarısı ve performans değerlendirme metrikleriyle örnek kalitesi değerlendirilmiştir. Yapılan anket çalışmasıyla görüntülerin gerçekçiliği ve örneklerdeki problemler araştırılmıştır. 48 katılımcının çoğunluğu örneklerin genellikle gerçekçi ya da gerçeğe yakın olduğu görüşündedir. Katılımcılara göre gerçekçi olmayan örneklerde temel problemler mevcuttur: simetri özelliğinin olmaması, detay özelliklerin eksikliği, görüntülerde çizgisel kayma ve kırılmalar ve keskinliğin yetersiz olması. Ayrıca bu anketin bir benzeri mimari alanında uzman kişilere uygulanmıştır. Ankete katılan 24 uzmana göre Romanesk mimarisi örnekleri İslam mimarisi örneklerine göre daha gerçekçidir. Görüntülerde öne çıkan yapısal özellikler ve modelin üretmekte zorlandığı mimari özellikler incelenmiştir. Ayrıca üretilen örneklerin kalitesi mimaride uzman bir kişi tarafından değerlendirilmiştir. İslam mimarisi örneklerinin çok geniş bir coğrafyada yer alması nedeniyle mimari tarz farklılaşmaktadır. Bu durum da Romanesk mimarisi örnekleriyle karşılaştırıldığında İslam mimarisi örneklerinin daha başarısız olduğunu göstermektedir. Modelin ezberleme yapma olasılığını değerlendirmek için İçerik Tabanlı Görüntü Erişimi yöntemi yardımıyla eğitilmiş ayırt edici ağ kullanılarak yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Üretilen görüntülere en benzer gerçek görüntüler tespit edilerek bu görüntülere çeşitli transformasyon işlemleri uygulanmıştır. Üretilen örneklerle karşılaştırıldığında, transformasyon uygulanmış görüntülerin orijinal görüntülere daha benzer olması modelin ezberleme yapmış olma olasılığının düşük olduğunu göstermiştir.