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【RAG系列】当RAG遇到多模态 - 打开新世界的大门

当RAG遇到多模态 - 打开新世界的大门

文本
CLIP编码器
图片
3D模型
点云编码器
音频
Whisper编码器
统一向量空间
跨模态检索

一、跨模态检索:打破感官边界

1.1 文搜图实战流水线

User API CLIP DB "夏日海滩日落" 文本编码 向量[0.2, -0.7, ...] 近似最近邻搜索 Top5图片ID 返回图片结果 User API CLIP DB
CLIP编码实现
import torch
from PIL import Image
from transformers import CLIPProcessor, CLIPModel

device = "cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu"
model = CLIPModel.from_pretrained("openai/clip-vit-base-patch32").to(device)
processor = CLIPProcessor.from_pretrained("openai/clip-vit-base-patch32")

def encode_text(text):
    inputs = processor(text=text, return_tensors="pt", padding=True).to(device)
    return model.get_text_features(**inputs)

def encode_image(image_path):
    image = Image.open(image_path)
    inputs = processor(images=image, return_tensors="pt").to(device)
    return model.get_image_features(**inputs)

# 跨模态检索示例
text_vec = encode_text("卡通风格的小猫")
image_vecs = load_image_database_vectors() 
scores = torch.nn.functional.cosine_similarity(text_vec, image_vecs, dim=-1)
top_images = torch.topk(scores, k=5).indices

二、3D模型检索:宜家AR应用解密

2.1 3D模型编码架构

PointCloudEncoder
+resolution: int = 64
+voxelize(pointcloud)
+extract_features()
MeshEncoder
+graph_conv_layers: int = 5
+process(mesh)
Unified3DEncoder
+combine_features()
3D特征提取代码
import numpy as np
import open3d as o3d
from torch_geometric.nn import GCNConv

class MeshEncoder(torch.nn.Module):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.conv1 = GCNConv(3, 64)  # 输入xyz坐标
        self.conv2 = GCNConv(64, 256)
      
    def forward(self, data):
        x, edge_index = data.x, data.edge_index
        x = self.conv1(x, edge_index).relu()
        return self.conv2(x, edge_index)

# 使用示例
mesh = o3d.io.read_triangle_mesh("chair.ply")
graph = convert_mesh_to_graph(mesh)  # 转换为图结构
encoder = MeshEncoder()
embedding = encoder(graph)

三、音频检索:声纹指纹技术

3.1 播客检索系统架构

原始音频
预处理
语音转文本
声纹特征提取
文本嵌入
音频嵌入
联合检索
排序结果
多模态音频处理
from transformers import WhisperForAudioClassification, Wav2Vec2Model

class AudioRetriever:
    def __init__(self):
        self.asr = WhisperForAudioClassification.from_pretrained("openai/whisper-medium")
        self.audio_encoder = Wav2Vec2Model.from_pretrained("facebook/wav2vec2-base")
  
    def process_audio(self, audio_path):
        # 语音识别
        text = self.asr.transcribe(audio_path)["text"]
      
        # 声纹嵌入
        waveform = load_audio(audio_path)
        audio_features = self.audio_encoder(waveform).last_hidden_state.mean(dim=1)
      
        return text, audio_features

# 跨模态检索示例
query_text = "讨论量子计算的播客"
audio_db = load_podcast_database()
text_scores = compute_text_similarity(query_text, audio_db.texts)
audio_scores = compute_audio_similarity(query_text, audio_db.embeddings)
final_scores = 0.6*text_scores + 0.4*audio_scores

思考题:当处理双语播客时,如何平衡不同语言的检索效果?

四、多模态模型CLIP进阶实战

4.1 多模态索引设计

文本
CLIP文本编码器
图片
CLIP图像编码器
3D模型
PointNet编码器
统一向量空间
Faiss索引
混合检索实现
import faiss
import numpy as np

class MultiModalIndex:
    def __init__(self, dim=512):
        self.index = faiss.IndexFlatIP(dim)
        self.metadata = []
      
    def add_item(self, embedding, data_type, uri):
        self.index.add(embedding)
        self.metadata.append({"type": data_type, "uri": uri})
  
    def search(self, query_vec, filter_type=None, k=5):
        scores, indices = self.index.search(query_vec, k)
        results = []
        for idx in indices[0]:
            item = self.metadata[idx]
            if filter_type is None or item["type"] == filter_type:
                results.append((item, scores[0][idx]))
        return results

# 使用示例
index = MultiModalIndex()
index.add_item(text_vec, "text", "article_001.txt")
index.add_item(image_vec, "image", "photo_123.jpg")
results = index.search(query_vec, filter_type="image")

五、扩展思考:多模态的挑战与未来

5.1 模态对齐难题

文本'红色跑车'
图片特征空间
3D跑车模型
引擎轰鸣声
对比损失函数

L = ∑ ( i , j ) ∈ P ∣ ∣ v i − v j ∣ ∣ 2 + ∑ ( i , k ) ∈ N max ⁡ ( 0 , α − ∣ ∣ v i − v k ∣ ∣ 2 ) \mathcal{L} = \sum_{(i,j)\in P} ||v_i - v_j||^2 + \sum_{(i,k)\in N} \max(0, \alpha - ||v_i - v_k||^2) L=(i,j)P∣∣vivj2+(i,k)Nmax(0,α∣∣vivk2)
其中:

  • ( P ):正样本对(跨模态匹配)
  • ( N ):负样本对(不相关模态)

思考题:当新增红外热成像模态时,如何避免重新训练整个多模态模型?


下篇预告:《RAG变形记 - 前沿改进方案全景》

  • 自适应检索:让AI自己决定何时查资料
  • Hypothetical Document Embedding (HyDE)
  • 递归检索:像侦探破案般的层层追问
  • 检索增强的微调方案:RA-DIT技术解析

延伸阅读

  1. 《Learning Transferable Visual Models From Natural Language Supervision》CLIP论文
  2. PointNet论文:Charles R. Qi et al.
  3. Hugging Face音频处理指南:https://hf.co/docs/transformers

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