Creatividad artificial. CLIP+GA. Pinturas minimalistas y conceptuales con CLIP y algoritmos genéticos

Tras ver lo bien que funcionaba VQGAN+CLIP para generar imágenes yo también quería hacer un programa que creara arte a partir de un texto pasado como referencia. Por supuesto el resultado ha sido un fracaso, sin embargo se puede aprender de los fracasos.

La idea

La idea es usar solo CLIP con algoritmos genéticos. CLIP permite calcular (más o menos) la diferencia entre una imagen y un texto. Si le paso el texto “pato” y una foto me dice como de parecido es el contenido de esa foto al texto, en este caso a un pato. La idea es usar CLIP como función fitness. Para ello calculamos el vector que CLIP asocia a la imagen generada por nuestro algoritmo genético (luego vemos esto) y el vector que asocia a nuestro texto de referencia y calculamos la similitud coseno . La similitud coseno devuelve un valor entre -1 y 1:

  • 1 significa que es idéntico
  • 0 significa que no tiene nada que ver (es ortogonal)
  • -1 que es opuesto

Por lo tanto nuestra función fitness seria:

fitness = 1 - simCos(vectorTexto, vectorImagen)

Vamos a ver un poco de código.

Vector de características de texto:

#vector de carateristicas de texto
text_tokenize = clip.tokenize(TEXT).to(device)
with torch.no_grad():
  text_features = model.encode_text(text_tokenize)
text_features /= text_features.norm(dim=-1, keepdim=True)

Vector de características de la imagen:

#vector de carateristicas de la imagen
image = preprocess(im).unsqueeze(0).to(device)
with torch.no_grad():
  image_features = model.encode_image(image)
image_features /= image_features.norm(dim=-1, keepdim=True)  

Similitud coseno:

#similitud coseno
sim = torch.cosine_similarity(text_features, image_features, dim=1) 

Fitness:

#fitness
return 1 - sim[0].item()

Teniendo una función fitness ya puedo usar cualquier metaheurística. En este caso se trata de optimizar una imagen para que se acerque cada vez más a lo que CLIP considera similar al texto.

Para este caso vamos a usar algoritmos genéticos. Cada individuo es una imagen. Por lo tanto la población es un conjunto de imágenes que irán evolucionando y cruzándose compitiendo por reducir el valor de la función fitness.

Individuos, cruces y mutaciones

En un primer momento intente que el genotipo fueran los pixeles de la imagen y que las mutaciones y cruces fueran cambios aleatorios en los mismos. Manejar 16 millones de colores por cada pixel me parecían un espacio de soluciones muy amplio y decidí hacerlo en escala de grises por lo que solo tendría 256 posibilidades por pixel. Sin embargo el resultado fue un desastre los pixeles sueltos eran tan “pequeños” que creaba un “ruido” que no era capaz de evolucionar. Como solución intenté crear “píxels” más gordos. Para ello use cuadrados. Tampoco funcionó. Añadir colores dio como resultado cosas que podían tener sentido pro dentro de un ruido de colorines.

Siguiente plan, separar el genotipo y el fenotipo. El genotipo serían las instrucciones para construir la imagen mientras que el fenotipo sería la propia imagen. Como pasos para construir la imagen decidí usar pinceladas. En este caso para simularlas use líneas rectas que van de un punto aleatorio a otro, con color y anchura también aleatorios.

Una vez tenemos definidos los individuos hay que definir sus operaciones de cruce, de mutación y de reemplazo.

Operadores de cruce:

  • Intercambiar un bloque de trazos
  • Mezclar todos los trazos
  • No cruzar

Operadores de mutación:

  • Mover un trazo
  • Cambiar de color un trazo
  • Cambiar de orden un trazo por otro
  • Añadir un trazo

Como operador de reemplazo se reemplaza al peor individuo de la población (fitness más alto) por aquel hijo que tenga menos fitness que él.

Como el resultado era caótico, lleno de lineas de colores que no aportaban nada a CLIP pero dificultaba que un humano reconociera el dibujo decidí minimizar el número de trazos, para ello cada cierto tiempo se ejecuta una función de optimización local que prueba a eliminar cada uno de los trazos y si no altera o reduce la función fitness lo descarta. 

Como último añadido y para dar más variedad a los trazos incluí que un trazo pueda ser una linea, un rectángulo o una elipse. Y una función mutación que cambia el tipo de trazo.

El resultado es un artista minimista que trata de trazar el menor número de líneas para dibujar un concepto.

Una Inteligencia artificial conceptual y minimalista

Hemos logrado un artista que crea con el menor número de trazos posible. Conceptual y minimalista…solo hay un problema que es un autor conceptual y minimalista desde el punto de vista de una IA. Hay imágenes en la que coincidimos, por ejemplo con las rosas:

Rosa

Otras imágenes sin embargo son incomprensibles, por ejemplo cuando le pido que me dibuje un pato le basta con dibujar una linea naranja rodeada de lineas verdosas, me lo hizo varias veces.

Pato ¿?

¿Por qué esa linea es un pato? Seguramente porque lo identifica con el pico y no necesita más para identificar un pato. Así que como nuestro autor minimalista reconoce patos por el pico (su rasgo más distintivo) es difícil que surja una mutación que mejore ese resultado.

Algo parecido me pasa con los dragones que no me pinta el cuerpo solo la cabeza, generalmente con algún tipo de “cresta” y a veces las patas, pero nada de cuerpo. Lo cual tiene sentido ya que su cuerpo se parece al de otros reptiles.

¿El dragón sin cuerpo?

Como herramienta puede ayudarnos a entender que “ve” una IA en una imagen.

Para probarlo dejo este enlace al codebook de Google donde probarlo