神经网络 3D 可视化框架 TensorSpace

• 授权协议: Apache
• 开发语言: JavaScript
• 操作系统: 跨平台
• 软件首页: https://tensorspace.org/
• 软件文档: https://tensorspace.org/html/docs/startIntro_zh.html
• 官方下载: https://www.npmjs.com/package/tensorspace

软件介绍

TensorSpace 是一套用于构建神经网络3D可视化应用的框架。 开发者可以使用类 Keras 风格的 TensorSpace API，轻松创建可视化网络、加载神经网络模型并在浏览器中基于已加载的模型进行3D可交互呈现。 TensorSpace 可以使您更直观地观察神经网络模型，并了解该模型是如何通过中间层 tensor 的运算来得出最终结果的。 TensorSpace 支持3D可视化经过适当预处理之后的 TensorFlow、Keras、TensorFlow.js 模型。

• 中文官网: https://tensorspace.org/index_zh.html

• TensorSpace 在线3D深度学习模型: https://tensorspace.org/html/playground/index_zh.html

图1 - 使用 TensorSpace 创建的交互式 LeNet 模型

使用场景及特性

TensorSpace 是一个基于 TensorFlow.js、Three.js 和 Tween.js 开发，用于对神经网络进行3D可视化呈现的库。通过使用 TensorSpace，不仅能展示神经网络的结构，还可以呈现网络的内部特征提取、中间层的数据交互以及最终的结果预测等一系列过程。

通过使用 TensorSpace，可以更直观地观察并理解基于 TensorFlow、Keras 以及 TensorFlow.js 开发的神经网络模型。 从工业开发的角度来看，TensorSpace 降低了前端深度学习可视化相关应用的开发门槛。总的来说，TensorSpace 具有以下特性：

• 交互 -- 使用类 Keras 的 API，在浏览器中构建可交互的3D可视化模型。

• 直观 -- 观察并展示模型中间层预测数据，直观演示模型推测过程。

• 集成 -- 支持使用 TensorFlow、Keras 以及 TensorFlow.js 训练的模型。

开始使用

图2 - TensorSpace 开发流程图

首先我们可以通过 NPM 或者 YARN 下载最新的 TensorSpace.js。

npm install tensorspace --save

yarn add tensorspace

TensorSpace.js 支持可视化基于 TensorFlow、Keras 以及 TensorFlow.js 训练的神经网络模型，不过在可视化这些模型之前，需要对模型进行适当的预处理，生成 TensorSpace兼容模型。针对不同的深度学习模型训练库，我们分别提供了相应的预处理教程 TensorFlow模型预处理教程，Keras模型预处理教程，TensorFlow.js模型预处理教程。

接下来将通过快速构建一个3D的 LeNet 模型，来展示 TensorSpace 的开发流程。这个例子中要用到的所有代码文件和资源文件都可以在 TensorSpace Github 仓库的 examples/helloworld 文件夹下找到。同时为了着重展示如何使用 TensorSpace.js 的 API，我们提前使用 TensorFlow.js 训练了一个 LeNet模型，完成了预处理过程，并且准备了好了 预测数据。

在使用 TensorSpace.js 的API 之前，需要在 HTML 页面中添加了 TensorSpace.js 及其依赖库（TensorFlow.js, Three.js, Tween.js, TrackballControl.js），然后创建一个 Div 作为 TensorSpace 模型的渲染容器。

在页面中添加以下 Javascript 代码，使用 TensorSpace.js 提供的 API 构建模型，载入经过预处理的模型，作出预测并展示。

// 创建 TensorSpace 模型  
let modelContainer = document.getElementById("container");    
let model = new TSP.models.Sequential(modelContainer);    

// 根据 LeNet 结构为 TensorSpace 模型添加网络层     
// Input + 2 X (Conv2D & Maxpooling) + 3 X (Dense)    
model.add(new TSP.layers.GreyscaleInput({ shape: [28, 28, 1] }));    
model.add(new TSP.layers.Padding2d({ padding: [2, 2] }));    
model.add(new TSP.layers.Conv2d({ kernelSize: 5, filters: 6, strides: 1 }));    
model.add(new TSP.layers.Pooling2d({ poolSize: [2, 2], strides: [2, 2] }));    
model.add(new TSP.layers.Conv2d({ kernelSize: 5, filters: 16, strides: 1 }));   
model.add(new TSP.layers.Pooling2d({ poolSize: [2, 2], strides: [2, 2] }));    
model.add(new TSP.layers.Dense({ units: 120 }));    
model.add(new TSP.layers.Dense({ units: 84 }));    
model.add(new TSP.layers.Output1d({        
    units: 10,        
    outputs: ["0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9"]    
}));    

// 载入经过预处理的 LeNet 模型    
model.load({        
    type: "tfjs",        
    url: "PATH_TO_MODEL/mnist.json"    
});        

// 渲染模型并预测    
model.init(function() {        
    console.log("Hello World from TensorSpace!");        
    model.predict(data5);    
});

如果一切顺利，打开浏览器，将会看到如 图3 所示的模型。在构建完成模型后，可对模型进行交互操作，比如打开关闭网络层，控制3D场景视角等。

这个 LeNet 的 demo 同时被 host 了在 CodePen 中，点击这个 链接 到 CodePen 中在线体验一下吧~

图3 - LeNet 模型判别输入5

应用展示

这部分将展示一些基于 TensorSpace 开发的3D可视化神经网络模型实例。通过这些实例，可以体验不同的可交互模型，包括但不限于：物体分类、物体探测、图片生成等。我们希望通过展示这些模型实例，来更好、更直观地体现 TensorSpace 的应用场景、操作方法以及展示效果。

点击在线演示链接可以进入 TensorSpace 官网的 playground 查看对应模型的在线应用。考虑到部分模型的大小较大（例如：VGG-16 > 500MB，AlexNet > 250MB）以及网络加载速度，部分模型可能需要较长的加载时间。同时，为了有更好的 UI 交互体验，我们强烈建议在中型或者大型屏幕（宽度大于750px）中打开在线演示链接。

• LeNet 在线演示

• AlexNet 在线演示

• YOLOv2-tiny 在线演示

• ResNet-50 在线演示

• VGG16 在线演示

• ACGAN 在线演示

• MobileNetv1 在线演示

本文地址：https://codercto.com/soft/d/16718.html