隨著 GPT-4 和 Stable Diffusion 等模型多模態(tài)能力的突飛猛進，多模態(tài)大模型已經(jīng)成為大模型邁向通用人工智能（AGI）目標(biāo)的下一個前沿焦點。總體而言，面向圖像和文本的多模態(tài)生成能力可以大致分為兩類：

1. 在圖生文（image-to-text generation）方面，以 GPT-4 為代表的多模態(tài)大模型，可以面向圖像進行開放域?qū)υ捄蜕疃韧评恚?/span>

2. 在文生圖（text-to-image generation）方面，以 Stable Diffusion 為代表的多模態(tài)模型，可以根據(jù)文本生成圖像內(nèi)容。由這些多模態(tài)模型掀起的 AIGC 浪潮，廣泛而深刻地改變著學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的思想實踐。

然而，目前多模態(tài)大模型的成功很大程度上局限于英文世界，而中文等其他非英語語言的多模態(tài)能力明顯落后。這是因為相比于英文世界，中文等其他非英語語言的多模態(tài)數(shù)據(jù)嚴重稀缺，難以滿足多模態(tài)大模型對大規(guī)模高質(zhì)量圖文對數(shù)據(jù)的需求。這些問題使得多語言多模態(tài)大模型的構(gòu)建極具挑戰(zhàn)性。

為了解決上述挑戰(zhàn)，我們提出使用高資源語言（如英語）作為橋接圖像信號和低資源語言（如中文）的橋梁，實現(xiàn)多語言多模態(tài)大模型能力的快速泛化，從而緩解對低資源語言下模態(tài)對齊數(shù)據(jù)（圖文對數(shù)據(jù)）的依賴。

通過類比人類的學(xué)習(xí)過程，我們可以直觀地理解該方法：人類學(xué)習(xí)者可以僅通過母語與視覺信號的對應(yīng)關(guān)系，以及母語與不同語言之間的對應(yīng)關(guān)系，自然地建立起不同語言下對視覺信號的統(tǒng)一認知。這是由于不同的自然語言符號系統(tǒng)，很大程度上都是以描述相同的客觀世界為驅(qū)動力演化發(fā)展而來的，這為多語言多模態(tài)能力的快速泛化提供了基礎(chǔ)。

為了驗證上述方法，我們以中英雙語的多模態(tài)大模型為例，構(gòu)建了 VisCPM 系列模型，建立中英雙語的多模態(tài)對話能力（VisCPM-Chat 模型）和文到圖生成能力（VisCPM-Paint 模型）。

在多語言對齊方面，我們選用百億參數(shù)量的 CPM-Bee 10B 作為基底語言模型。該模型優(yōu)秀的中英雙語能力，提供了多語言對齊的基礎(chǔ)。在多模態(tài)對齊方面，我們?yōu)镃PM-Bee分別融合視覺編碼器（Q-Former）和視覺解碼器（Diffusion-UNet）以支持視覺信號的輸入和輸出。得益于 CPM-Bee 基座優(yōu)秀的雙語能力，VisCPM 可以僅通過英文多模態(tài)數(shù)據(jù)預(yù)訓(xùn)練，泛化實現(xiàn)優(yōu)秀的中文多模態(tài)能力。

中英雙語多模態(tài)對話模型VisCPM-Chat

VisCPM-Chat 模型使用 Q-Former 作為視覺編碼器，使用 CPM-Bee（10B）作為語言基座模型，并通過語言建模訓(xùn)練目標(biāo)融合視覺和語言模型。模型訓(xùn)練包括預(yù)訓(xùn)練和指令精調(diào)兩階段：

• 預(yù)訓(xùn)練：我們使用約 100M 高質(zhì)量英文圖文對數(shù)據(jù)對 VisCPM-Chat 進行了預(yù)訓(xùn)練，數(shù)據(jù)包括 CC3M、CC12M、COCO、Visual Genome、LAION 等。在預(yù)訓(xùn)練階段，語言模型參數(shù)保持固定，僅更新Q-Former部分參數(shù)，以支持大規(guī)模視覺-語言表示的高效對齊。

• 指令精調(diào)：我們采用 LLaVA-150K 英文指令精調(diào)數(shù)據(jù)，并混合相應(yīng)翻譯后的中文數(shù)據(jù)對模型進行指令精調(diào)，以對齊模型多模態(tài)基礎(chǔ)能力和用戶使用意圖。在指令精調(diào)階段，我們更新全部模型參數(shù)，以提升指令精調(diào)數(shù)據(jù)的利用效率。有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)即使僅采用英文指令數(shù)據(jù)進行指令精調(diào)，模型也可以理解中文問題，但僅能用英文回答。這表明模型的多語言多模態(tài)能力已經(jīng)得到良好的泛化。在指令精調(diào)階段進一步加入少量中文翻譯數(shù)據(jù)，可以將模型回復(fù)語言和用戶問題語言對齊。

我們在 LLaVA 標(biāo)準(zhǔn)英文測試集和翻譯的中文測試集對模型進行了評測，該評測基準(zhǔn)考察模型在開放域?qū)υ挕D像細節(jié)描述、復(fù)雜推理方面的表現(xiàn)，并使用 GPT-4 進行打分。可以觀察到，在不使用任何中文圖文對預(yù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的情況下，VisCPM-Chat 在中文多模態(tài)能力方面取得了最佳的平均性能，在通用域?qū)υ捄蛷?fù)雜推理表現(xiàn)出色，同時也表現(xiàn)出了不錯的英文多模態(tài)能力。

在上述平衡的中英雙語能力（VisCPM-Chat-balance）基礎(chǔ)上，我們在預(yù)訓(xùn)練階段額外加入 20M 清洗后的原生中文圖文對數(shù)據(jù)和 120M 翻譯到中文的圖文對數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)中文多模態(tài)能力的進一步強化（VisCPM-Chat-zhplus）。

VisCPM-Chat 表現(xiàn)出令人印象深刻的圖像理解能力，并能夠在對話中運用世界知識和常識知識。例如在下圖中，VisCPM 能夠識別染色的地圖和人像，并正確理解出染色代表的不同含義。除此之外，VisCPM-Chat 還具有不錯的中文特色能力，比如能用李白的詩描繪黃河的景象并作解讀，在面對中秋月夜時還能用蘇軾的《水調(diào)歌頭》借景抒情。

中英雙語文生圖模型VisCPM-Paint

VisCPM-Paint 使用 CPM-Bee（10B）作為文本編碼器，使用 UNet 作為圖像解碼器，并通過擴散模型訓(xùn)練目標(biāo)融合語言和視覺模型。在訓(xùn)練過程中，語言模型參數(shù)始終保持固定。我們使用 Stable Diffusion 2.1 的 UNet 參數(shù)初始化視覺解碼器，并通過逐步解凍其中關(guān)鍵的橋接參數(shù)將其與語言模型融合。該模型在 LAION 2B 英文圖文對數(shù)據(jù)上進行了訓(xùn)練。

我們在標(biāo)準(zhǔn)圖像生成測試集 MSCOCO 上采樣了 3 萬張圖片，計算了常用評估圖像生成指標(biāo) FID（Fréchet Inception Distance）評估生成圖片的質(zhì)量。與 VisCPM 類似，我們發(fā)現(xiàn)得益于 CPM-Bee 的雙語能力，VisCPM-Paint 可以僅通過英文圖文對訓(xùn)練，泛化實現(xiàn)良好的中文文到圖生成能力，達到中文開源模型的最佳效果。在中英平衡能力（VisCPM-Paint-balance）的基礎(chǔ)上，通過進一步加入 20M 清洗后的原生中文圖文對數(shù)據(jù)，以及 120M 翻譯到中文的圖文對數(shù)據(jù)，模型的中文文到圖生成能力可以獲得進一步提升（VisCPM-Paint-zhplus）。

VisCPM-Paint 模型中分別輸入“海上生明月，天涯共此時，唯美風(fēng)格，抽象風(fēng)格”和“人閑桂花落，月靜春山空”兩條 prompts，生成了以下兩張圖片。可以看出，VisCPM-Paint 對中國特色意向也有較好的把握能力。

為了推動多模態(tài)大模型開源社區(qū)和相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展，我們將 VisCPM 系列的所有模型免費開源（https://github.com/OpenBMB/VisCPM），歡迎個人和研究用途自由使用。未來我們也會將 VisCPM 整合到 huggingface代碼框架中，以及陸續(xù)完善安全模型、 支持快速網(wǎng)頁部署、 支持模型量化功能、支持模型微調(diào)等功能，歡迎持續(xù)關(guān)注。