Pix2Pix를 이용한 선화 채색 서비스 개발 후기

이전부터 뭐든 실제로 서비스를 만들어보는 것이 중요하다고 생각하여 아이펠을 진행하면서도 틈틈이 프로젝트를 위한 공부를 따로 하고 있었다. 그러다가 GAN을 이용한 노드를 진행했을 때, '이거다!' 하고 느낌이 와서 실제로 프로젝트로 진행해보기로 했다.

우선 기존에 아이펠 노드에서 진행한 모델은 내가 잘못 한건지, 노드가 잘못된건지 학습은 되는데 어딘가 이상한 결과물이 나와서 텐서플로 공식 튜토리얼을 보고 다시 모델을 만들어보았다.

실패한 학습 결과

데이터셋은 kaggle의 Sketch2Pokemon 데이터셋을 학습시켰다. train 이미지가 830장 밖에 되질 않았고, test 이미지도 train 이미지에 있는 중복 이미지여서 데이터가 부족하긴 했지만, 일단 서비스로 배포해보는 것에 의의를 두기로 했다.

프로젝트 진행은 다음과 같이 이루어졌다.

• 2021-03-28 : 프로젝트 시작
• 2021-03-28 ~ 2021-03-29 : 첫 번째 모델 학습 및 결과 확인
• 2021-03-29 ~ 2021-03-30 : 두 번째 모델 학습 및 결과 확인
• 2021-03-30 ~ 2021-04-01 : 모델 서비스화 진행 중
• 2021-04-02 : Ainize로 배포 완료

기존과의 차이점이라고 한다면 이미지를 Normalize 해주는 시점이 조금 다르다는 것이다. 아마 이 부분에서 문제가 생겨서 위와 같은 이미지가 학습된 것으로 보인다. 또한, 이미지 데이터를 다룰 때에는 항상 Normalize, Denormalize에 신경써야 하는 것 같다. 어떤 Activation Function을 사용하느냐에 따라 Normalize 범위를 [-1, 1]로 할지, [0, 1]로 할지가 결정되기 떄문이다. 이번에 사용된 모델에서는 tanh를 Activation Function으로 사용했기 때문에 [-1, 1]의 범위에서 Normalize 해주었다.

우선 시작부터 1000 epoch 정도를 돌려보고 시작하기로 했다.

• 학습 과정을 시각화 해본 결과, 400 epoch 정도 부터 큰 변화가 없는걸로 보아 local minima에 빠졌거나 학습이 종료된 것 같다.
• 750 epoch 의 checkpoint를 불러와서 기울기를 1/10으로 줄여서 50 epoch 정도 더 학습을 시켜보았으나 큰 변화는 없는 것 같다.
• 750 epoch 의 checkpoint를 불러와서 기울기를 10배로 늘려서 50 epoch 정도 더 학습을 시켰더니 오히려 원하지 않는 방향으로 학습이 진행되었다.

750 epoch에서의 learning rate 테스트는 자원이 남아서 학습이 종료됐을 때 learning rate를 조절하여 다시 학습시키면 어떻게 될까 궁금해서 진행해봤다.

좌 : Dicriminator loss / 우 : Generator loss

Train set에 있는 이미지 학습 결과

모델을 학습해본 결과, 두 Loss를 비교해봤을 때, disc_loss는 감소하고 gen_loss는 증가하는 것으로 보아 generator가 discriminator를 속이기 위한 이미지를 잘 생성하지 못하는 것으로 판단된다. 실제로 train과 test에 없는 전혀 새로운 이미지를 입력했을 때, 다음과 같이 잘 생성하지 못하는 결과를 보여줬다.

뒤틀린 황천의 피카츄

아무래도 기존에 있는 이미지는 원본이랑 비슷한 정도로 생성하는 것으로 보아 train set에 overfitting 된 것 같다. 추가로 다른 데이터셋을 더 활용하거나, 모델의 구조를 바꾸어서 다시 학습시켜봐야겠다.

 

프로젝트를 진행하면서 많은 문제점과 어려움을 겪었다. 우선 웹페이지에 이미지를 하나 띄우는 것 까진 쉬웠지만 생성된 이미지를 다시 화면에 출력하는 것이 이렇게 어려운 작업이 될 줄은 몰랐다. 프론트엔드 개발자들 대단해...

겪었던 문제점들을 정리해보면 다음과 같다.

• 프론트엔드/백엔드 지식이 전혀 없어서 HTML부터 공부해서 페이지를 제작함
• Inference 결과 tensor object로 반환되어 해당 object를 바로 웹에서 rendering 가능한 방법을 찾다가 결국 이미지로 저장하여 rendering 하는 방식으로 진행
• 페이지는 정상적으로 만들어졌는데 계속해서 기존의 이미지를 가져옴 -> 브라우저 쿠키 문제
• model의 크기가 100MB가 넘어가서 git lfs를 이용하여 git에 업로드 하였으나 Ainize에서 불러오지 못하는 문제가 발생
• heroku에서 배포를 시도하였으나 메모리 용량 부족(500MB)으로 배포 실패
• 기본 git lfs 용량을 모두 사용하여 wget으로 바로 다운로드 가능한 무료 웹서버를 찾아보았지만 당장 쓸 수 있는 게 없어서 개인 웹서버 이용하여 모델 다운로드 후 Ainize로 배포

모델을 만들어서 학습시키고 실행 가능한 python 파일로 정리하는 것 까진 어렵지 않았는데 웹페이지를 구축하는 게 가장 어려웠다. 단순 텍스트 데이터가 아닌 이미지 데이터를 웹에서 띄우는 방법을 몰라 html을 공부해서 겨우 띄울 수 있게 되었는데 브라우저 캐시 때문에 정상작동 하는 걸 오작동으로 인식하여 다른 방법을 찾았다. 결국 프론트엔드를 공부하고 있는 sunhpark에게 도움을 요청하여 js로 웹페이지를 좀 더 깔끔하게 만드는 데 성공했다.

 

로컬에서 테스트 할 땐 잘 되었는데 막상 배포하려고 하니 적절한 서비스가 없었다. 우선 git에 모델 용량이 100MB를 초과해서 git lfs를 이용하여 Ainize로 배포를 시도하였으나 디버깅 하다가 git lfs 무료 사용량을 전부 사용하여 다른 서비스를 찾아보았다. heroku로 배포를 시도했을 땐 메모리 용량 부족으로 실패하였다.

 

마지막 남은 EC2는 1년만 무료여서 최후의 보루로 남겨두고 Ainize로 배포해보기 위하여 무료 파일 서버 서비스를 찾아보았지만 마땅한 게 없어서 결국 임시로 웹서버를 만들어서 Ainize에서 Dockerfile을 빌드할 때 모델을 받아올 수 있도록 하였고, 결국 성공하였다.

 

구글 드라이브나 네이버 클라우드 같은 곳에 파일을 업로드해서 wget으로 다운로드 받는 방법도 생각했었다. 그러나, wget으로 직접 다운로드 가능한 링크들이 아니어서 다른 방법을 찾았던건데, 나중에 찾아보니 구글 드라이브에 올린 파일도 wget으로 받을 수 있는 방법이 있었다. 당시엔 배포에 정신이 팔려 있어서 검색해볼 생각도 못 했나보다.

 

이번 프로젝트를 진행해보면서 왜 직접 해보는 것이 중요한지 확실하게 깨달았다. 아주 작은 토이 프로젝트였지만 어떻게 보면 프론트엔드와 백엔드 두 부분 모두 조금이나마 경험해볼 수 있었고, 직접 모델 설계부터 서비스까지 배포한 것은 MLOps라고 볼 수도 있지 않을까?

 

다음번엔 서버에 데이터 저장도 하고, 실제로 아마존 EC2나 GCP, Azure 같은 서비스를 이용하여 배포도 해보고, 좀 더 재미있는 아이디어를 가지고 팀원도 모아서 프로젝트를 진행해보도록 해야겠다.

 

해당 서비스는 다음 링크에서 테스트해볼 수 있다.