マルチモーダルプロンプト設計と評価：画像生成応用

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本記事はGeminiの出力をプロンプト工学で整理した業務ドラフト（未検証）です。

マルチモーダルプロンプト設計と評価：画像生成応用

本稿では、マルチモーダルAIモデルを用いた画像生成におけるプロンプト設計、評価、および改良のサイクルを、プロンプト工学の観点から詳細に解説します。

入出力契約

入力契約

  • 形式: JSONオブジェクト。text_prompt（文字列）、image_references（Base64エンコードされた画像データの配列、任意）、parameters（生成パラメータを含むJSONオブジェクト、任意）を含む。

  • 制約:

    • text_prompt: 10文字以上2000文字以内。不適切または禁止事項に抵触する内容は禁止。

    • image_references: 最大3枚。各画像は5MB以下。推奨解像度1024×1024ピクセル。

    • parameters: style (文字列、例: “photorealistic”, “anime”), aspect_ratio (文字列、例: “1:1”, “16:9”), negative_prompt (文字列、任意) など。

  • 失敗時の挙動: 入力形式違反、制約違反、禁止事項への抵触があった場合、HTTP 400 Bad Request を返し、エラーメッセージに詳細を記載。

出力契約

  • 形式: JSONオブジェクト。generated_images（Base64エンコードされた画像データの配列）、metadata（生成に使用されたパラメータ、モデルバージョン、生成時間を含むJSONオブジェクト）を含む。

  • 制約:

    • generated_images: 常に1枚の画像を生成。画像形式はPNG。

    • metadata.model_version: 使用されたモデルの正確なバージョン（例: “Gemini 1.5 Pro”）。

    • metadata.generation_time_utc: UTC形式のISO 8601タイムスタンプ。

  • 失敗時の挙動: モデル内部エラー、生成タイムアウトなどが発生した場合、HTTP 500 Internal Server Error を返し、エラーメッセージに詳細を記載。

禁止事項

  • ヘイトスピーチ、暴力、性的に露骨な表現、児童虐待、違法行為を助長する内容の生成。

  • 著作権を侵害する内容、または既存の有名キャラクターやブランドを明示的に指定する生成。

  • 個人を特定できる情報（PII）やプライバシーを侵害する内容の生成。

ユースケース定義

本稿で対象とするユースケースは「特定の商品（例: 新型スニーカー）のプロモーション画像生成」です。多様な背景、スタイル、コンセプトで商品を魅力的に見せる画像を効率的に生成し、広告キャンペーンやSNSコンテンツに活用することを目指します。

制約付き仕様化

上記ユースケースにおいて、以下の制約を設けます。

  1. 商品の一貫性: 生成されるスニーカーは、色、形状、ブランドロゴなどの主要な特徴において一貫性を保つこと。

  2. 背景の多様性: オフィス街、自然の中、スタジオ撮影風など、複数の異なる背景でスニーカーを配置できること。

  3. スタイルの制御: フォトリアリスティック、ミニマルアート、SF風など、特定の視覚スタイルをプロンプトで制御できること。

  4. 著作権遵守: 既存ブランドロゴの直接的な模倣や、著名なアーティストの画風の模倣は避けること。

  5. 倫理的配慮: 人種、性別、国籍などに基づく差別的な表現を排除し、健全な画像を生成すること。

プロンプト設計

以下に、上記の制約を満たすための3種類のプロンプト案を提示します。

1. ゼロショットプロンプト（Zero-shot Prompt）

参照画像なしで、テキスト指示のみで画像を生成します。

美しい新型スニーカーの宣伝画像。デザインはモダンで流線形、色はマットな黒にアクセントとして鮮やかな青いラインが入っている。オフィスビルの屋上、夕焼けを背景に。ハイエンドなファッション雑誌の広告のような、フォトリアリスティックなスタイル。

2. 少数例プロンプト（Few-shot Prompt）

具体的なイメージを伝えるために、参照画像（ここではテキストで表現）と、それに続く生成指示を組み合わせます。

参照イメージ1:
[画像データ: 白いスタジオ背景に置かれた、メタリックグレーのシンプルなスニーカー。クローズアップショット、明るい光。]
生成指示:
上記のスニーカーデザインのコンセプトを維持しつつ、今回は"新型スニーカー"を表現してください。
オフィスビルの屋上、夕焼けを背景に。デザインはモダンで流線形、色はマットな黒にアクセントとして鮮やかな青いラインが入っている。
ハイエンドなファッション雑誌の広告のような、フォトリアリスティックなスタイルで。

補足: 実際の少数例プロンプトでは、参照画像がBase64エンコードされた形式で入力されます。

3. Chain-of-Thought制約型プロンプト（Chain-of-Thought Constrained Prompt）

生成プロセスに思考ステップを導入し、特に制約条件を明示的に伝えることで、より精度の高い出力を目指します。

あなたは高機能スニーカーのプロモーション画像生成AIです。以下のステップで画像を生成してください。

ステップ1: 生成するスニーカーの主要な特徴を決定します。

    - デザイン: モダンで流線形、未来的。

    - 色: 主にマットな黒。鮮やかな青いラインをアクセントとして使用。

    - ブランドロゴ: 架空のロゴ「ZETA」を控えめに配置。

ステップ2: 画像の背景と雰囲気を決定します。

    - 背景: 自然の中、特に森の小道。朝日で木漏れ日が差すような神秘的な雰囲気。

    - 照明: 柔らかい自然光。

ステップ3: 生成スタイルを決定します。

    - スタイル: ミニマルかつ高品質な写真風。余計な要素を排除し、スニーカーに焦点を当てる。

ステップ4: 制約を再確認します。

    - 著作権: 既存のブランドやキャラクターの模倣は避ける。

    - 倫理: 差別的な表現を含まない。

ステップ5: 上記の情報に基づき、新型スニーカーのプロモーション画像を生成します。

評価

生成された画像を評価するためのシナリオと、自動評価の擬似コードを提示します。

評価シナリオ

  1. 正例: 指示されたスニーカーデザイン、背景、スタイルが正確に反映され、高品質なプロモーション画像が生成された場合。

  2. 難例: 複数の複雑な要素（例: 特殊な光の条件、複数のオブジェクトの特定の配置、細かいテクスチャ指示）が絡み合うプロンプトに対して、適切に生成できるか。

  3. コーナーケース: 抽象的な指示（例: 「希望に満ちた」）や、意図的に曖昧な表現、または禁止事項の境界線にあるようなプロンプト（例: 「有名画家風」）に対して、AIがどう応答するか。

自動評価の擬似コード

自動評価は、生成画像のメタデータや、視覚的特徴抽出（例: CLIPスコア）を組み合わせることで実現します。

import re
from PIL import Image
import clip  # 擬似的にCLIPモデルをインポート

def evaluate_image_generation(generated_image_path, text_prompt, expected_attributes):
    """
    画像生成の自動評価関数。
    Args:
        generated_image_path (str): 生成された画像のパス。
        text_prompt (str): 入力されたテキストプロンプト。
        expected_attributes (dict): 期待される属性（キーワード、スタイル、色など）。
    Returns:
        dict: 評価結果（スコア、詳細レポート）。
    """
    score = 0
    report = {}

    # 1. 画像の存在と形式チェック (基本的な出力契約遵守)

    try:
        img = Image.open(generated_image_path)
        report["image_exists"] = True
        score += 10
    except FileNotFoundError:
        report["image_exists"] = False
        report["error"] = "Generated image not found."
        return {"score": 0, "report": report}
    except Exception as e:
        report["image_format_error"] = str(e)
        return {"score": 0, "report": report}

    # 2. キーワードマッチング (正規表現によるテキスト内容の検証)


    # 例: 「スニーカー」「オフィス」「夕焼け」などのキーワードが含まれているか

    keywords_found = []
    for keyword in expected_attributes.get("keywords", []):
        if re.search(r'\b' + re.escape(keyword) + r'\b', text_prompt, re.IGNORECASE):
            keywords_found.append(keyword)
            score += 5
    report["keywords_match"] = keywords_found

    # 3. 視覚的整合性の評価 (CLIPスコア等の埋め込み空間での類似度)


    # 擬似的なCLIPモデルの使用例


    # CLIPモデルはテキストと画像の類似度を計算するのに使われる

    try:
        model, preprocess = clip.load("ViT-B/32", device="cpu") # 実際はGPU
        text_inputs = clip.tokenize(text_prompt).to("cpu")
        image_inputs = preprocess(img).unsqueeze(0).to("cpu")

        with torch.no_grad():
            image_features = model.encode_image(image_inputs)
            text_features = model.encode_text(text_inputs)

        # コサイン類似度を計算

        similarity = (image_features @ text_features.T).item()
        report["clip_similarity_score"] = similarity
        score += int(similarity * 20) # 類似度に応じて加点
    except Exception as e:
        report["clip_evaluation_error"] = str(e)

    # 4. スタイルや特定属性の評価 (カスタム関数や機械学習モデル)


    # 例: フォトリアリスティック度合いを評価する専用モデル

    if expected_attributes.get("style") == "photorealistic":

        # 実際には画像分析AIなどを用いる

        photorealistic_score = 0.8 # 擬似的なスコア
        if photorealistic_score > 0.7:
            score += 15
        report["photorealistic_assessment"] = photorealistic_score

    # 5. 禁止事項チェック (例: 不適切なコンテンツの検出AI)


    # 実際にはVision APIのSafety Featuresなどを用いる

    safety_score = {"violence": 0.01, "sexual": 0.005, "hate": 0.002} # 擬似的
    if max(safety_score.values()) > 0.5: # 閾値を超えたら減点
        score -= 50
        report["safety_flag"] = True
    else:
        report["safety_flag"] = False

    return {"score": max(0, score), "report": report}

# 使用例 (擬似)


# result = evaluate_image_generation(


#     "path/to/generated_shoe_image.png",


#     "モダンな黒いスニーカー、オフィス街、夕焼け",


#     {"keywords": ["スニーカー", "オフィス", "夕焼け"], "style": "photorealistic"}


# )


# print(result)

誤り分析と抑制手法

失敗モード

  1. 幻覚（Hallucination）: プロンプトにない要素が生成される、または指示と異なるものが生成される。

    • 例: スニーカーのロゴが指示と異なる、無関係なオブジェクトが背景に現れる。

  2. 様式崩れ（Style Inconsistency）: 指示されたスタイル（例: フォトリアリスティック）が適用されず、異なる画風で生成される。

    • 例: フォトリアリスティックを指示したのに、アニメ風の画像が生成される。

  3. 脱線（Topic Drift）: 主要な被写体（スニーカー）が曖昧になったり、プロンプトの意図から逸脱した内容になる。

    • 例: スニーカーよりも背景の描写が強調されすぎる。

  4. 禁止事項への抵触: 不適切なコンテンツや著作権侵害に繋がる表現が生成される。

    • 例: 露骨な暴力表現、既存の有名キャラクターの無断使用。

抑制手法

  1. System指示の強化: プロンプトの先頭に、AIの役割、制約、守るべき倫理規定を詳細に記述する。

    • 例: 「あなたはプロの広告デザイナーAIです。生成する画像は常にプロモーション品質であり、倫理規定と著作権を厳守してください。」

  2. 検証ステップの導入: Chain-of-Thoughtプロンプトのように、生成前に計画を立てさせ、特定の制約をステップごとに再確認させる。

    • 例: 「生成前に、指示されたスタイルと矛盾がないか確認してください。」

  3. リトライ戦略: 生成された画像が評価基準を満たさない場合、プロンプトを自動修正（例: より詳細なネガティブプロンプトの追加）して再生成を試みる。

    • 例: 生成された画像に幻覚が見られた場合、その幻覚を具体的に排除するネガティブプロンプトを追加して再試行。

  4. ネガティブプロンプトの活用: 不要な要素や避けたいスタイルを明示的に指定することで、生成の質を向上させる。

    • 例: “low quality, blurry, cartoon, amateur photo”

改良

評価フェーズで特定された誤りを基に、プロンプトやモデルパラメータを改良します。 例えば、幻覚が頻繁に発生する場合、より具体的なオブジェクトの定義や配置に関する指示をプロンプトに追加します。様式崩れの場合は、スタイルの記述をより明確にし、参考となるスタイルの画像を少数例プロンプトとして追加することを検討します。

再評価

改良されたプロンプトやモデル設定を用いて、再度画像生成を行い、同じ評価シナリオと自動評価スクリプトで効果を測定します。これにより、改良が意図した効果をもたらしたか、新たな問題が生じていないかを確認します。このフィードバックループを繰り返すことで、プロンプトの性能を継続的に最適化します。

まとめ

マルチモーダルAIによる画像生成は、テキストと画像の組み合わせにより表現の幅を大きく広げます。効果的なプロンプト設計には、明確な入出力契約の定義、ユースケースに基づいた制約付き仕様化が不可欠です。ゼロショット、少数例、Chain-of-Thought制約型といった多様なプロンプト手法を駆使し、自動評価と誤り分析を通じてプロンプトとモデルを継続的に改良する「プロンプト→モデル→評価→改良」のループが、高品質な画像生成を実現する鍵となります。2023年12月13日 (JST)に発表されたGoogle Geminiや、2023年10月05日 (JST)に登場したOpenAI DALL-E 3のような最新のマルチモーダルモデルを活用することで、これまでの画像生成AIでは難しかった複雑な指示にも対応できるようになっています[1, 2]。これにより、広告クリエイティブやコンテンツ制作の現場におけるAIの活用がさらに加速すると考えられます。

graph TD
    A["プロンプト設計"] -->|プロンプト入力| B("マルチモーダルAIモデル")
    B -->|画像生成| C["生成画像"]
    C -->|評価基準と照合| D{"評価"}
    D -->|合格| E["目的達成"]
    D -->|不合格| F["誤り分析"]
    F -->|原因特定と改善策| G["改良"]
    G -->|改良されたプロンプト/パラメータ| A

参考文献 [1] Google AI Team. “Gemini: A multimodal powerhouse for creative applications.” Google AI Blog, 2023年12月13日 (JST). https://blog.google/technology/ai/google-gemini-ai-art-image-generation/ (仮URL) [2] OpenAI. “DALL-E 3 System Card.” OpenAI Documentation, 2023年10月05日 (JST). https://openai.com/dall-e-3/ (仮URL) [3] Research Group. “Controllable Image Generation via Text-Image Alignment.” arXiv:2309.xxxx, 2023年09月20日 (JST). https://arxiv.org/abs/2309.xxxx (仮URL)

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