本文的主要作者來自北京航空航天大學、清華大學和中國人民大學。本文的第一作者為清華大學碩士生封皓然，共同第一作者暨項目負責人為北京航空航天大學碩士生黃澤桓，團隊主要研究方向為計算機視覺與生成式人工智能。本文的通訊作者為北京航空航天大學副教授盛律。
個性化圖像生成是圖像生成領域的一項重要技術，正以前所未有的速度吸引著廣泛關注。它能夠根據(jù)用戶提供的獨特概念，精準合成定制化的視覺內(nèi)容，滿足日益增長的個性化需求，并同時支持對生成結果進行細粒度的語義控制與編輯，使其能夠精確實現(xiàn)心中的創(chuàng)意愿景。隨著圖像生成模型的持續(xù)突破，這項技術已在廣告營銷、角色設計、虛擬時尚等多個領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力和商業(yè)價值，正在深刻地改變著我們創(chuàng)造和消費視覺內(nèi)容的方式。
然而當人們對個性化圖像生成的期望不斷上升時，傳統(tǒng)的個性化圖像生成方法面臨著以下幾個挑戰(zhàn)：①細節(jié)還原瓶頸（如何更精準地還原物體細節(jié)，尤其是在多物體的情況下）② 交互控制難題（如何在進行個性化生成的同時，支持對物體位置等空間因素的精準控制）③ 應用拓展受限（如何將個性化和編輯統(tǒng)一在同一框架，以滿足更多應用需求）。這些挑戰(zhàn)嚴重制約著個性化圖像生成技術的進一步突破，亟需構建更高效的生成框架。
因此，清華大學、北京航空航天大學團隊推出了全新的架構設計 ——Personalize Anything，它能夠在無需訓練的情況下，完成概念主體的高度細節(jié)還原，支持用戶對物體進行細粒度的位置操控，并能夠擴展至多個應用中，為個性化圖像生成引入了一個新范式。
總結而言，Personalize Anything 的特點如下：
- 高效的免訓練框架：無需訓練，具備較高的計算效率，僅需一次反演（inversion）和一次推理過程
- 高保真度與可控性：在保持高精度細節(jié)的同時兼顧了物體姿態(tài)的多樣性，并支持位置控制
- 高擴展性：同時支持多種任務，包括多物體處理、物體與場景的整合、inpainting 和 outpainting 等
- 論文標題：Personalize Anything for Free with Diffusion Transformer
- 論文鏈接：https://arxiv.org/abs/2503.12590
- 項目主頁：https://fenghora.github.io/Personalize-Anything-Page/
- 代碼倉庫：https://github.com/fenghora/personalize-anything
效果展示：無需訓練，支持個性化、多物體組合、編輯
Personalize Anything 能夠在多種任務上表現(xiàn)出色，可以對多組物體與場景進行組合，并同時自由控制主體位置，這是以往個性化圖像生成模型難以做到的。
下面圖像中依次展示了 Personalize Anything 在布局引導生成、inpainting、outpainting 三種任務上的表現(xiàn)?？梢钥吹?，Personalize Anything 在多種任務上都能夠生成貼合文本的高質量圖像。
技術突破：從 DiT 架構的新發(fā)現(xiàn)到個性化任意內(nèi)容
個性化圖像生成的傳統(tǒng)方法通常需要對定制概念進行微調，或者在大規(guī)模數(shù)據(jù)集上進行預訓練，這不僅消耗大量計算資源，還影響模型的泛化能力。最近，無需訓練的方法嘗試通過注意力共享機制來避免這些問題，但這些方法難以保持概念的一致性。此外，由于這些方法主要針對傳統(tǒng)的 UNet 架構設計，無法應用于最新的 DiT 架構模型，導致它們無法應用在更大規(guī)模和更好效果的圖像生成模型上。
注意力共享機制不適用于 DiT 架構
在了解 Personalize Anything 技術細節(jié)前，先來看看為什么傳統(tǒng)無需訓練的方法不能夠應用在 DiT 架構的圖像生成模型上。
如上文所述，傳統(tǒng)無需訓練的方法多通過注意力共享機制，也就是在運算自注意力時，將概念圖像特征直接與生成圖像特征進行拼接，但是經(jīng)由團隊實驗發(fā)現(xiàn)，對于 DiT 架構而言，由于位置編碼的影響，當去噪圖像和參考圖像共用同一套位置編碼時，會導致過度關注，從而在生成的圖像中產(chǎn)生重影（圖 a）；當調整參考圖像的位置編碼避免沖突時，生成圖像的注意力幾乎不出現(xiàn)在參考圖像中，導致主體一致性較弱（如圖 b 和圖 c），這限制了傳統(tǒng)方法在 DiT 架構上的應用。
通過上述實驗發(fā)現(xiàn)，DiT 中顯式編碼的位置信息對其注意力機制具有強烈影響 —— 這與 U-Net 隱式處理位置的方式存在根本差異。這使得生成的圖像難以在傳統(tǒng)的注意力共享中正確地關注參考對象的標記。
DiT 架構的新啟發(fā)：標記替換引發(fā)主體重建
基于對 DiT 架構顯式位置編碼的認識，團隊繼續(xù)對 DiT 的特征表示進行了探索。團隊發(fā)現(xiàn)，將參考圖像未帶位置編碼的標記替換進去噪圖像的指定位置，能夠重建出良好的主體圖像。而傳統(tǒng) Unet 架構所具有的卷積操作會導致位置編碼與圖像特征混雜在一起，導致在進行特征替換時影響最后的圖像質量。
這一發(fā)現(xiàn)使團隊意識到，簡單但有效的特征替換，對于 DiT 架構而言是一個可行的個性化圖像生成方法。
定制任意內(nèi)容：時間步適應替換策略與特征擾動
基于上述發(fā)現(xiàn)，團隊將特征替換引入個性化圖像生成方法中，并創(chuàng)新地提出了時間步適應標記替換機制(Timestep-adaptive Token Replacement) 。
在整個流程中，首先對參考圖像進行反演，并通過 mask 獲取參考圖像未帶位置編碼的標記。在去噪過程的早期階段，為了保留物體特征細節(jié)，將參考圖像主體的標記直接替換進生成圖像中。而在后期，則轉為傳統(tǒng)的注意力共享機制。這種時間適應特征替換機制能夠增圖像生成后概念主體的多樣性，同時減少生成圖像的割裂感。
為了進一步保證概念主體姿態(tài)的多樣性，團隊又額外提出了特征擾動，旨在通過對概念圖像特征進行重排，或者調整 mask，來控制特征替換時的概念圖像特征代表的物體姿態(tài)等，從而為生成的圖像引入多樣性。
更多應用：無縫擴展至布局引導、多物體組合、編輯等
Personalize Anything 除了在核心任務上表現(xiàn)出色，還具有強大的擴展能力，可以應用于更復雜的實際場景。首先，可以通過自由選擇特征注入的位置，來實現(xiàn)位置引導的生成；其次，框架支持對多物體進行自由組合，采取順序注入的方式，支持物體間層級關系的控制；并且 Personalize Anything 支持用戶將將圖像視為整體，允許用戶保留部分圖像內(nèi)容，同時對另一部分進行可控編輯。這種靈活的可擴展性為未來的研究和應用開辟了更為廣闊的前景。
卓越性能：在保真度和多功能性等多個維度上表現(xiàn)突出
團隊從單物體定制，多物體組合，物體 - 場景組合這三個任務入手，與眾多優(yōu)秀的開源模型進行定性定量的對比。可以看到 Personalize Anything 的結果基本都優(yōu)于現(xiàn)有方法，并在后續(xù)的人類偏好測試中取得了顯著優(yōu)勢。
單物體個性化生成
多物體組合生成
物體 - 場景組合
未來展望
Personalize Anything 研究團隊揭示了 DiT 中位置解耦表示的性質，為免訓練的圖像空間操縱、個性化生成奠定基礎。團隊期待 DiT 的幾何編程原理能夠進一步拓展到視頻、3D 生成等領域，實現(xiàn)更復雜、更精細的場景構建與編輯。希望通過深入研究和廣泛應用，讓這一思路激發(fā)更多可控生成的研究，推動 AI 在創(chuàng)意內(nèi)容生成、虛擬現(xiàn)實、數(shù)字孿生等領域的廣泛應用。
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