發(fā)際線有救了！這款app可一鍵AI生發(fā)，拯救你的自拍焦慮

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重磅干貨，第一時(shí)間送達(dá)

作者 | 吳彤

編輯 | 青暮

比起卡粉，悶痘，油光，手殘，新一代年輕人的美麗可以來(lái)得更容易，快速變美只需要兩步，打開(kāi)美圖，擺好pose——詮釋那句話，“為了美麗，我堅(jiān)持開(kāi)美顏”。

今年來(lái)，容貌焦慮和發(fā)際線危機(jī)已經(jīng)不止一次搬上話事桌，甚至讓大眾誤以為這并非為資本或是人的思維創(chuàng)造物。實(shí)際上，這是一個(gè)由意識(shí)形態(tài)到符號(hào)結(jié)構(gòu)再到技術(shù)決定的邏輯蛻變過(guò)程，美圖公司在后排默默觀察。

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美圖秀秀推出“生發(fā)”功能

去年9月，美圖秀秀推出增發(fā)功能，可填充發(fā)際線、增加劉海 。

今年2月，美圖秀秀發(fā)布《00后圖片社交報(bào)告》，報(bào)告顯示，當(dāng)00后被問(wèn)及“最在意的修圖部位”，出乎意料的是00后用戶不僅關(guān)注腹肌、鎖骨和黑眼圈這些細(xì)節(jié)，也關(guān)注發(fā)際線的完美程度。

其背后的美圖影像實(shí)驗(yàn)室（MT Lab），目前已經(jīng)落地了多個(gè)頭發(fā)生成項(xiàng)目，在美圖旗下核心產(chǎn)品美圖秀秀及海外產(chǎn)品AirBrush上線劉海生成、發(fā)際線調(diào)整與稀疏區(qū)域補(bǔ)發(fā)等功能。

其中，劉海生成功能可以基于自定義的生成區(qū)域，生成不同樣式的劉海；

發(fā)際線調(diào)整功能在保持原有發(fā)際線樣式的情況下，可以對(duì)發(fā)際線的不同高度進(jìn)行調(diào)整；

稀疏區(qū)域補(bǔ)發(fā)則可以在指定區(qū)域或者智能檢測(cè)區(qū)域中，自定義調(diào)整稀疏區(qū)域的頭發(fā)濃密程度。

成立于2010年的MT Lab是致力于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算等人工智能相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，深耕人臉、美顏、美妝、人體、圖像分割、圖像生成等多個(gè)技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域，目前已廣泛應(yīng)用于美圖旗下產(chǎn)品。

美圖秀秀的人像美容欄中的外貌修飾功能

如今，美圖秀秀不僅在人臉上做“減法’，還做起了“加法”，推出面部豐盈、整牙以及發(fā)際線調(diào)整、稀疏區(qū)域補(bǔ)發(fā)的新功能。

美圖秀秀的整牙和面部填充對(duì)比圖

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"做加法"，難在沒(méi)東西可加

但怎么解決當(dāng)下大家最關(guān)注的頭發(fā)生成問(wèn)題，在落地過(guò)程中仍面臨幾個(gè)亟待突破的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸：數(shù)據(jù)缺少、發(fā)絲細(xì)節(jié)不足和清晰度低。稍有不慎，頭發(fā)就容易糊成一片。

當(dāng)年Angel大寶貝在電視劇中的摳圖效果可太假了

首先是生成數(shù)據(jù)的獲取問(wèn)題

以劉海生成任務(wù)為例，在生成出特定款式的劉海時(shí)，需要大量劉海數(shù)據(jù)，但是通過(guò)搜集真實(shí)數(shù)據(jù)的形式做數(shù)據(jù)喂養(yǎng)，其實(shí)就是個(gè)“體力活”：有劉海、無(wú)劉海的真實(shí)數(shù)據(jù)難獲??；斜劉海、直劉海、八字劉海等特定款式的劉海數(shù)據(jù)耗費(fèi)高成本。

這兩種方式基本都不具備可操作性。

多款劉海生成效果圖

其次是高清圖像細(xì)節(jié)的生成問(wèn)題

要么頭發(fā)太假，要么像是用座機(jī)拍出來(lái)的糊圖。

由于頭發(fā)部位擁有復(fù)雜的紋理細(xì)節(jié)，通過(guò)CNN難以生成真實(shí)且達(dá)到理想狀態(tài)的發(fā)絲。

其中，在有配對(duì)數(shù)據(jù)的情況下，雖然可以通過(guò)設(shè)計(jì)類似Pixel2PixelHD、U2-Net等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)督學(xué)習(xí)，但目前通過(guò)該方式生成的圖像清晰度仍然非常有限。

而在非配對(duì)數(shù)據(jù)情況下，一般通過(guò)類似HiSD、StarGAN、CycleGAN的方式進(jìn)行屬性轉(zhuǎn)換生成，利用該方式生成的圖片不僅清晰度不佳，還存在目標(biāo)效果生成不穩(wěn)定、生成效果不真實(shí)等問(wèn)題。

真實(shí)的頭發(fā)數(shù)據(jù)沒(méi)有，自己造“假”又太假，針對(duì)上述情況， MT Lab基于龐大的數(shù)據(jù)資源與突出的模型設(shè)計(jì)能力，借助StyleGAN解決了頭發(fā)生成任務(wù)所面臨的配對(duì)數(shù)據(jù)生成與高清圖像細(xì)節(jié)兩大核心問(wèn)題。

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基于StyleGAN的頭發(fā)編輯方案

StyleGAN作為當(dāng)前生成領(lǐng)域的主要方向（Gan生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)），是一種基于風(fēng)格輸入的無(wú)監(jiān)督高清圖像生成模型。能夠基于7萬(wàn)張1024*1024的高清人臉圖像訓(xùn)練數(shù)據(jù)FFHQ，通過(guò)精巧的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與訓(xùn)練技巧生成清晰逼真的圖像效果。

基于StyleGAN生成的圖片

此外，StyleGAN還能基于風(fēng)格輸入的方式擁有屬性編輯的能力，通過(guò)隱變量的編輯，實(shí)現(xiàn)圖像語(yǔ)意內(nèi)容的修改。

具體有三步：配對(duì)數(shù)據(jù)生成（生發(fā)）——配對(duì)數(shù)據(jù)增益（控制發(fā)量）——image-to-image生成（高清）。

1.配對(duì)數(shù)據(jù)生成

StyleGAN生成配對(duì)數(shù)據(jù)最為直接的方式就是在w+空間直接進(jìn)行相關(guān)屬性的隱向量編輯，生成相關(guān)屬性。其中隱向量編輯方法包括GanSpace、InterFaceGAN以及StyleSpace等等。

但這種圖像生成方式通常隱含著屬性向量不解耦的情況，即在生成目標(biāo)屬性的同時(shí)往往伴隨其他屬性（背景和人臉信息等）產(chǎn)生變化。

因此，MT Lab結(jié)合StyleGAN Projector、PULSE及Mask-Guided Discovery等迭代重建方式來(lái)解決生成頭發(fā)配對(duì)數(shù)據(jù)的問(wèn)題。該方案的主要思路是通過(guò)簡(jiǎn)略編輯原始圖片，獲得一張粗簡(jiǎn)的目標(biāo)屬性參考圖像，將其與原始圖像都作為參考圖像，再通過(guò)StyleGAN進(jìn)行迭代重建。

以為頭發(fā)染淺色發(fā)色為例，需要先對(duì)原始圖片中的頭發(fā)區(qū)域染上統(tǒng)一的淺色色塊，經(jīng)由降采樣獲得粗略編輯簡(jiǎn)圖作為目標(biāo)屬性參考圖像，在StyleGAN的迭代重建過(guò)程中，生成圖片在高分辨率尺度下與原始圖片進(jìn)行相似性監(jiān)督，以保證頭發(fā)區(qū)域以外的原始信息不發(fā)生改變。

另一方面，生成圖片通過(guò)降采樣與目標(biāo)屬性參考圖像進(jìn)行監(jiān)督，以保生成的淺色發(fā)色區(qū)域與原始圖片的頭發(fā)區(qū)域一致，二者迭代在監(jiān)督平衡下生成期望中的圖像，與此同時(shí)也獲得了一個(gè)人有無(wú)淺色頭發(fā)的配對(duì)數(shù)據(jù)。

值得強(qiáng)調(diào)的是，在該方案執(zhí)行過(guò)程中既要保證生成圖片的目標(biāo)屬性與參考圖像一致，也要保證生成圖像在目標(biāo)屬性區(qū)域外與原始圖片信息保持一致；還需要保證生成圖像的隱向量處于StyleGAN的隱向量分布中，才能夠確保最終的生成圖像是高清圖像。

染淺色頭發(fā) StyleGAN 迭代重建示意圖

此外，基于該方案的思路，在頭發(fā)生成領(lǐng)域還可以獲取到發(fā)際線調(diào)整的配對(duì)數(shù)據(jù)、劉海生成的配對(duì)數(shù)據(jù)以及頭發(fā)蓬松的配對(duì)數(shù)據(jù)。

但是想用補(bǔ)發(fā)功能，前提得還沒(méi)毛光光。不然基于頭發(fā)原本顏色的補(bǔ)色，系統(tǒng)一律按膚色計(jì)算了。

不同膚色做出來(lái)的發(fā)色不一致（左圖為沖浪達(dá)人阿怡視頻中的網(wǎng)紅爺爺）

2.配對(duì)數(shù)據(jù)增益

基于迭代重建，還能夠獲得配對(duì)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的StyleGAN隱向量，通過(guò)隱向量插值的方式還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)增益，進(jìn)而獲得足夠數(shù)量的配對(duì)數(shù)據(jù)。

以發(fā)際線調(diào)整的配對(duì)數(shù)據(jù)為例，在每一組配對(duì)數(shù)據(jù)間，可以通過(guò)插值獲得發(fā)際線不同程度調(diào)整的配對(duì)數(shù)據(jù)。同樣的，兩組配對(duì)數(shù)據(jù)間也可以通過(guò)隱向量插值獲得更多配對(duì)數(shù)據(jù)。

此外，通過(guò)插值獲得的配對(duì)數(shù)據(jù)也能夠生成新的配對(duì)數(shù)據(jù)，基于此可以滿足對(duì)理想的發(fā)際線調(diào)整配對(duì)數(shù)據(jù)的需求。

3.image-to-image生成

基于StyleGan的迭代重建獲得配對(duì)數(shù)據(jù)后，就可以通過(guò)pixel2piexlHD模型進(jìn)行有監(jiān)督的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，這種image-to-image的方式相對(duì)穩(wěn)定且針對(duì)各類環(huán)境都有穩(wěn)定的結(jié)果輸出。但生成圖像的清晰度還無(wú)法達(dá)到理想的效果，因此選擇通過(guò)在image-to-image模型上采用StyleGAN的預(yù)訓(xùn)練模型來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)生成細(xì)節(jié)的提升。

傳統(tǒng)的StyleGAN實(shí)現(xiàn)image-to-image的方式是通過(guò)encoder網(wǎng)絡(luò)獲得輸入圖的圖像隱向量，然后直接編輯隱向量，最后實(shí)現(xiàn)目標(biāo)屬性圖像生成，但由這種方式生成的圖像與原圖像比對(duì)往往相似度較低，無(wú)法滿足基于原圖像進(jìn)行編輯的要求。

因此MT Lab對(duì)這種隱向量編輯的方式進(jìn)行了改進(jìn)，一方面直接將原圖像encode到目標(biāo)屬性的隱向量，省去進(jìn)行中間隱向量編輯的步驟；另一方面將encoder網(wǎng)絡(luò)的特征與StyleGAN網(wǎng)絡(luò)的特征進(jìn)行融合，最終通過(guò)融合后的特征生成目標(biāo)屬性圖像，以最大限度保證生成圖像與原圖像的相似度，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與GLEAN模型非常相似。該方式兼顧了圖像高清細(xì)節(jié)生成與原圖相似度還原兩個(gè)主要問(wèn)題，由此也完成了高清且具有真實(shí)細(xì)節(jié)紋理的頭發(fā)生成全流程。

頭發(fā)生成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

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搞定了頭發(fā)，還可以舉一反三

這種StyleGAN編輯生成方案也具有很高的擴(kuò)展性。日后圖像編輯和圖像清晰度的難題，可以套用頭發(fā)生成的“三步走”技術(shù)。

其中，結(jié)合StyleGAN生成理想頭發(fā)配對(duì)數(shù)據(jù)的方式極大地降低了圖像編輯任務(wù)的難度，如將該方案關(guān)注的屬性拓展到頭發(fā)以外，就能夠獲得更多屬性的配對(duì)數(shù)據(jù)，例如五官更換的配對(duì)數(shù)據(jù)，借此可以嘗試對(duì)任何人臉屬性編輯任務(wù)進(jìn)行落地實(shí)踐。

五官更換的配對(duì)數(shù)據(jù)：原圖（左），參考圖（中），結(jié)果圖（右）

借助StyleGAN預(yù)訓(xùn)練模型實(shí)現(xiàn)image-to-image的方式能夠保證生成圖像的清晰度，還可以將其推廣到如圖像修復(fù)、圖像去噪、圖像超分辨率等等更為一般的生成任務(wù)中。

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