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Multimodale Einbettungen generieren und suchen

Wenn Sie für dieses Feature Feedback geben oder Support anfordern möchten, senden Sie eine E-Mail an bqml-feedback@google.com.

In dieser Anleitung wird beschrieben, wie Sie multimodale Einbettungen für Bilder und Text erstellen und dann eine modalitätsübergreifende Text-zu-Bild-Suche durchführen.

In dieser Anleitung werden die folgenden Aufgaben behandelt:

BigQuery-Objekttabelle über Bilddaten in einem Cloud Storage-Bucket erstellen
Bilddaten mit einem Colab Enterprise-Notebook in BigQuery untersuchen
Erstellen eines BigQuery ML-Remote-Modells, das auf das multimodalembedding-Basismodell von Vertex AI ausgerichtet ist.
Durch Verwenden des Remote-Modells mit der Funktion ML.GENERATE_EMBEDDING Einbettungen aus den Bildern in der Objekttabelle generieren.
Korrigieren Sie alle Fehler bei der Generierung von Einbettungen.
Erstellen Sie optional einen Vektorindex, um die Bildeinbettungen zu indexieren.
Texteinbettung für einen bestimmten Suchstring erstellen
Mit der Funktion VECTOR_SEARCH können Sie nach Bildeinbettungen suchen, die der Texteinbettung ähneln.
Ergebnisse mithilfe eines Notebooks visualisieren

In dieser Anleitung werden die öffentlichen Kunstbilder aus dem The Metropolitan Museum of Art verwendet, die im öffentlichen Cloud Storage gcs-public-data--met-Bucket verfügbar sind.

Erforderliche Berechtigungen

Zum Ausführen dieser Anleitung benötigen Sie die folgenden IAM-Berechtigungen (Identity and Access Management):

Zum Erstellen einer Verbindung benötigen Sie die Mitgliedschaft in der Rolle „BigQuery-Verbindungsadministrator“ (roles/bigquery.connectionAdmin).
Zum Erteilen von Berechtigungen für das Dienstkonto der Verbindung benötigen Sie die folgende resourcemanager.projects.setIamPolicy-Berechtigung:
Zum Erstellen und Ausführen von Notebooks benötigen Sie folgende IAM-Berechtigungen:
- resourcemanager.projects.get
- resourcemanager.projects.list
- bigquery.config.get
- bigquery.jobs.create
- bigquery.readsessions.create
- bigquery.readsessions.getData
- bigquery.readsessions.update
- resourcemanager.projects.get
- resourcemanager.projects.list
- dataform.locations.get
- dataform.locations.list
- dataform.repositories.create
  
  Hinweis: Nutzer mit der Berechtigung dataform.repositories.create können Code mit dem Dataform-Standarddienstkonto und allen diesem Dienstkonto zugewiesenen Berechtigungen ausführen. Weitere Informationen finden Sie unter Sicherheitsaspekte für Dataform-Berechtigungen.
- dataform.repositories.list
- dataform.collections.create
- dataform.collections.list
- aiplatform.notebookRuntimeTemplates.apply
- aiplatform.notebookRuntimeTemplates.get
- aiplatform.notebookRuntimeTemplates.list
- aiplatform.notebookRuntimeTemplates.getIamPolicy
- aiplatform.notebookRuntimes.assign
- aiplatform.notebookRuntimes.get
- aiplatform.notebookRuntimes.list
- aiplatform.operations.list
Sie können diese Berechtigungen über die folgenden IAM-Rollen abrufen:
- BigQuery Read Session-Nutzer (roles/bigquery.readSessionUser)
- BigQuery Studio User (roles/bigquery.studioUser)
Die in dieser Anleitung erforderlichen IAM-Berechtigungen für die verbleibenden BigQuery-Vorgänge sind in den folgenden beiden Rollen enthalten:
- BigQuery-Dateneditor (roles/bigquery.dataEditor), um Modelle, Tabellen und Indexe zu erstellen.
- BigQuery-Nutzer (roles/bigquery.user), um BigQuery-Jobs auszuführen.

Kosten

In diesem Dokument verwenden Sie die folgenden kostenpflichtigen Komponenten von Google Cloud:

BigQuery ML: You incur costs for the data that you process in BigQuery.
Vertex AI: You incur costs for calls to the Vertex AI service that's represented by the remote model.

Mit dem Preisrechner können Sie eine Kostenschätzung für Ihre voraussichtliche Nutzung vornehmen. Neuen Google Cloud-Nutzern steht möglicherweise eine kostenlose Testversion zur Verfügung.

Weitere Informationen zu den Preisen von BigQuery finden Sie unter BigQuery: Preise in der BigQuery-Dokumentation.

Weitere Informationen zu den Preisen für Vertex AI finden Sie auf der Seite Vertex AI: Preise.

Hinweise

In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.

Note: If you don't plan to keep the resources that you create in this procedure, create a project instead of selecting an existing project. After you finish these steps, you can delete the project, removing all resources associated with the project.

Go to project selector
Die Abrechnung für das Google Cloud-Projekt muss aktiviert sein.
Enable the BigQuery, BigQuery Connection, and Vertex AI APIs.
Enable the APIs
BigQuery Studio aktivieren

Dataset erstellen

Erstellen Sie ein BigQuery-Dataset, um Ihr ML-Modell zu speichern:

Rufen Sie in der Google Cloud Console die Seite „BigQuery“ auf.

Zur Seite „BigQuery“
Klicken Sie im Bereich Explorer auf den Namen Ihres Projekts.
Klicken Sie auf Aktionen ansehen > Dataset erstellen.
Führen Sie auf der Seite Dataset erstellen die folgenden Schritte aus:
- Geben Sie unter Dataset-ID bqml_tutorial ein.
- Wählen Sie als Standorttyp die Option Mehrere Regionen und dann USA (mehrere Regionen in den USA) aus.
  
  Die öffentlichen Datasets sind am multiregionalen Standort US gespeichert. Der Einfachheit halber sollten Sie Ihr Dataset am selben Standort speichern.
- Übernehmen Sie die verbleibenden Standardeinstellungen unverändert und klicken Sie auf Dataset erstellen.

Verbindung herstellen

Erstellen Sie eine Cloud-Ressourcenverbindung und rufen Sie die Dienstkonto-ID der Verbindung ab. Erstellen Sie die Verbindung in demselben Standort wie dem des von Ihnen im vorherigen Schritt erstellten Datasets.

Wählen Sie eine der folgenden Optionen aus:

Console

Rufen Sie die Seite BigQuery auf.

BigQuery aufrufen
Klicken Sie auf Hinzufügen und dann auf Verbindungen zu externen Datenquellen, um eine Verbindung zu erstellen.
Wählen Sie in der Liste Verbindungstyp die Option Vertex AI-Remote-Modelle, Remote-Funktionen und BigLake (Cloud Resource) aus.
Geben Sie im Feld Verbindungs-ID einen Namen für die Verbindung ein.
Klicken Sie auf Verbindung erstellen.
Klicken Sie auf Zur Verbindung.
Kopieren Sie im Bereich Verbindungsinformationen die Dienstkonto-ID zur Verwendung in einem späteren Schritt.

bq

Erstellen Sie in einer Befehlszeilenumgebung eine Verbindung:
```
bq mk --connection --location=REGION --project_id=PROJECT_ID \
    --connection_type=CLOUD_RESOURCE CONNECTION_ID
```
Der Parameter --project_id überschreibt das Standardprojekt.

Ersetzen Sie Folgendes:
- REGION: Ihre Verbindungsregion
- PROJECT_ID: Ihre Google Cloud-Projekt-ID
- CONNECTION_ID: eine ID für Ihre Verbindung
Wenn Sie eine Verbindungsressource herstellen, erstellt BigQuery ein eindeutiges Systemdienstkonto und ordnet es der Verbindung zu.

Fehlerbehebung:Wird der folgende Verbindungsfehler angezeigt, aktualisieren Sie das Google Cloud SDK:
```
Flags parsing error: flag --connection_type=CLOUD_RESOURCE: value should be one of...
```

Rufen Sie die Dienstkonto-ID ab und kopieren Sie sie zur Verwendung in einem späteren Schritt:

bq show --connection PROJECT_ID.REGION.CONNECTION_ID

Die Ausgabe sieht in etwa so aus:

name                          properties
1234.REGION.CONNECTION_ID     {"serviceAccountId": "connection-1234-9u56h9@gcp-sa-bigquery-condel.iam.gserviceaccount.com"}

Terraform

Hängen Sie folgenden Abschnitt an Ihre main.tf-Datei an.

 ## This creates a cloud resource connection.
 ## Note: The cloud resource nested object has only one output only field - serviceAccountId.
 resource "google_bigquery_connection" "connection" {
    connection_id = "CONNECTION_ID"
    project = "PROJECT_ID"
    location = "REGION"
    cloud_resource {}
}

Ersetzen Sie Folgendes:

CONNECTION_ID: eine ID für Ihre Verbindung
PROJECT_ID: Ihre Google Cloud-Projekt-ID
REGION: Ihre Verbindungsregion

Dem Dienstkonto der Verbindung Berechtigungen gewähren

Weisen Sie dem Dienstkonto der Verbindung die entsprechenden Rollen für den Zugriff auf die Cloud Storage- und Vertex AI-Dienste zu. Sie müssen diese Rollen in dem Projekt zuweisen, das Sie im Abschnitt Vorbereitung erstellt oder ausgewählt haben. Die Zuweisung der Rollen in einem anderen Projekt führt zum Fehler bqcx-1234567890-xxxx@gcp-sa-bigquery-condel.iam.gserviceaccount.com does not have the permission to access resource.

So weisen Sie die entsprechenden Rollen zu:

Zur Seite IAM & Verwaltung.

IAM & Verwaltung aufrufen
Klicken Sie auf Zugriff gewähren.
Geben Sie im Feld Neue Hauptkonten die Dienstkonto-ID ein, die Sie zuvor kopiert haben.
Wählen Sie im Feld Rolle auswählen die Option Vertex AI und dann Vertex AI-Nutzer aus.
Klicken Sie auf Weitere Rolle hinzufügen.
Wählen Sie im Feld Rolle auswählen die Option Cloud Storage und dann Storage-Objekt-Betrachter aus.
Klicken Sie auf Speichern.

Objekttabelle erstellen

Erstellen Sie eine Objekttabelle über die Kunstbilder im öffentlichen Cloud Storage gcs-public-data--met-Bucket. Mit der Objekttabelle können die Bilder analysiert werden, ohne sie aus Cloud Storage zu verschieben.

Öffnen Sie in der Google Cloud Console die Seite BigQuery.

BigQuery aufrufen
Führen Sie im Abfrageeditor folgende Abfrage aus:
```
CREATE OR REPLACE EXTERNAL TABLE `bqml_tutorial.met_images`
WITH CONNECTION `LOCATION.CONNECTION_ID`
OPTIONS
  ( object_metadata = 'SIMPLE',
    uris = ['gs://gcs-public-data--met/*']
  );
```
Ersetzen Sie Folgendes:
- LOCATION: Standort der Verbindung
- CONNECTION_ID ist die ID Ihrer BigQuery-Verbindung.
  Wenn Sie sich Verbindungsdetails in der Google Cloud Console ansehen, ist dies der Wert im letzten Abschnitt der voll qualifizierten Verbindungs-ID, der unter Verbindungs-ID angezeigt wird, z. B. projects/myproject/locations/connection_location/connections/myconnection.

Bilddaten prüfen

Erstellen Sie ein Colab Enterprise-Notebook in BigQuery, um die Bilddaten zu untersuchen.

Öffnen Sie in der Google Cloud Console die Seite BigQuery.

BigQuery aufrufen
Notebook mit dem BigQuery-Editor erstellen
Verbinden Sie das Notebook mit der Standardlaufzeit.
Notebook einrichten:
1. Fügen Sie dem Notebook eine Codezelle hinzu.
2. Kopieren Sie folgenden Code und fügen Sie ihn in die Codezelle ein:
```
#@title Set up credentials

from google.colab import auth
auth.authenticate_user()
print('Authenticated')

PROJECT_ID='PROJECT_ID'
from google.cloud import bigquery
client = bigquery.Client(PROJECT_ID)
```
  Ersetzen Sie PROJECT_ID durch den Namen des Projekts, das Sie für diese Anleitung verwenden.
3. Führen Sie die Codezelle aus.
Tabellenanzeige aktivieren:
1. Fügen Sie dem Notebook eine Codezelle hinzu.
2. Kopieren Sie folgenden Code und fügen Sie ihn in die Codezelle ein:
```
#@title Enable data table display
%load_ext google.colab.data_table
```
3. Führen Sie die Codezelle aus.

Erstellen Sie eine Funktion zum Anzeigen der Bilder:

Fügen Sie dem Notebook eine Codezelle hinzu.

Kopieren Sie folgenden Code und fügen Sie ihn in die Codezelle ein:

#@title Util function to display images
import io
from PIL import Image
import matplotlib.pyplot as plt
import tensorflow as tf

def printImages(results):
 image_results_list = list(results)
 amt_of_images = len(image_results_list)

 fig, axes = plt.subplots(nrows=amt_of_images, ncols=2, figsize=(20, 20))
 fig.tight_layout()
 fig.subplots_adjust(hspace=0.5)
 for i in range(amt_of_images):
   gcs_uri = image_results_list[i][0]
   text = image_results_list[i][1]
   f = tf.io.gfile.GFile(gcs_uri, 'rb')
   stream = io.BytesIO(f.read())
   img = Image.open(stream)
   axes[i, 0].axis('off')
   axes[i, 0].imshow(img)
   axes[i, 1].axis('off')
   axes[i, 1].text(0, 0, text, fontsize=10)
 plt.show()

Führen Sie die Codezelle aus.

Rufen Sie die Bilder auf:

Fügen Sie dem Notebook eine Codezelle hinzu.

Kopieren Sie folgenden Code und fügen Sie ihn in die Codezelle ein:

#@title Display Met images

inspect_obj_table_query = """
SELECT uri, content_type
FROM bqml_tutorial.met_images
WHERE content_type = 'image/jpeg'
Order by uri
LIMIT 10;
"""
printImages(client.query(inspect_obj_table_query))

Führen Sie die Codezelle aus.

Die Antwort sollte in etwa so aussehen:

Speichern Sie das Notebook als met-image-analysis.

Remote-Modell erstellen

Erstellen Sie ein Remote-Modell, das ein gehostetes multimodales Einbettungsmodell von Vertex AI darstellt:

Öffnen Sie in der Google Cloud Console die Seite BigQuery.

BigQuery aufrufen
Führen Sie im Abfrageeditor folgende Abfrage aus:
```
CREATE OR REPLACE MODEL `bqml_tutorial.multimodal_embedding_model`
  REMOTE WITH CONNECTION `LOCATION.CONNECTION_ID`
  OPTIONS (ENDPOINT = 'multimodalembedding@001');
```
Ersetzen Sie Folgendes:
- LOCATION: Standort der Verbindung
- CONNECTION_ID ist die ID Ihrer BigQuery-Verbindung.
  Wenn Sie sich Verbindungsdetails in der Google Cloud Console ansehen, ist dies der Wert im letzten Abschnitt der voll qualifizierten Verbindungs-ID, der unter Verbindungs-ID angezeigt wird, z. B. projects/myproject/locations/connection_location/connections/myconnection.
Die Abfrage dauert mehrere Sekunden. Anschließend wird das Modell multimodal_embedding_model im bqml_tutorial-Dataset des Bereichs Explorer angezeigt. Da die Abfrage eine CREATE MODEL-Anweisung zum Erstellen eines Modells verwendet, gibt es keine Abfrageergebnisse.

Bildeinbettungen generieren

Generieren Sie mit der Funktion ML.GENERATE_EMBEDDING Einbettungen aus den Bildern in der Objekttabelle. Schreiben Sie sie in einem folgenden Schritt dann zur Verwendung in eine Tabelle. Die Generierung der Einbettung ist ein teurer Vorgang. Daher verwendet die Abfrage eine Unterabfrage, einschließlich der LIMIT-Klausel, um die Generierung der Einbettung auf 10.000 Bilder zu beschränken, anstatt das vollständige Dataset von 601.294 Bildern einzubetten. Dies trägt auch dazu bei, die Anzahl der Bilder unter dem Limit von 25.000 für die ML.GENERATE_EMBEDDING-Funktion zu halten. Diese Abfrage dauert ca. 40 Minuten.

Öffnen Sie in der Google Cloud Console die Seite BigQuery.

BigQuery aufrufen

Führen Sie im Abfrageeditor folgende Abfrage aus:

CREATE OR REPLACE TABLE `bqml_tutorial.met_image_embeddings`
AS
SELECT *
FROM
  ML.GENERATE_EMBEDDING(
    MODEL `bqml_tutorial.multimodal_embedding_model`,
    (SELECT * FROM `bqml_tutorial.met_images` WHERE content_type = 'image/jpeg' LIMIT 10000))

Fehler bei der Generierung von Einbettungen korrigieren

Prüfen Sie, ob Fehler bei der Generierung der Einbettungen vorliegen und korrigieren Sie sie. Die Generierung von Einbettungen kann aufgrund von Generative AI auf Vertex AI-Kontingenten oder der Nichtverfügbarkeit von Diensten fehlschlagen.

Die Funktion ML.GENERATE_EMBEDDING gibt Fehlerdetails in der Spalte ml_generate_embedding_status zurück. Diese Spalte ist leer, wenn die Generierung der Einbettung erfolgreich war, oder sie enthält eine Fehlermeldung, wenn das Generieren der Einbettung fehlgeschlagen ist.

Öffnen Sie in der Google Cloud Console die Seite BigQuery.

BigQuery aufrufen
Führen Sie im Abfrageeditor die folgende Abfrage aus, um festzustellen, ob Fehler bei der Generierung von Einbettungen aufgetreten sind:
```
SELECT DISTINCT(ml_generate_embedding_status),
  COUNT(uri) AS num_rows
FROM bqml_tutorial.met_image_embeddings
GROUP BY 1;
```

Wenn Zeilen mit Fehlern zurückgegeben werden, löschen Sie alle Zeilen, in denen das Generieren der Einbettung fehlgeschlagen ist:

DELETE FROM `bqml_tutorial.met_image_embeddings`
WHERE ml_generate_embedding_status = 'A retryable error occurred: RESOURCE_EXHAUSTED error from remote service/endpoint.';

Vektorindex erstellen

Optional können Sie die Anweisung CREATE VECTOR INDEX verwenden, um den Vektorindex met_images_index für die Spalte ml_generate_embedding_result der Tabelle met_images_embeddings zu erstellen. Mit einem Vektorindex können Sie eine Vektorsuche schneller ausführen, wobei Sie den Recall in Kauf nehmen und damit ungefähre Ergebnisse zurückgeben müssen.

Öffnen Sie in der Google Cloud Console die Seite BigQuery.

BigQuery aufrufen

Führen Sie im Abfrageeditor folgende Abfrage aus:

CREATE OR REPLACE
  VECTOR INDEX `met_images_index`
ON
  bqml_tutorial.met_image_embeddings(ml_generate_embedding_result)
  OPTIONS (
    index_type = 'IVF',
    distance_type = 'COSINE');

Der Vektorindex wird asynchron erstellt. Um zu prüfen, ob der Vektorindex erstellt wurde, fragen Sie die Ansicht INFORMATION_SCHEMA.VECTOR_INDEXES ab und bestätigen, dass der Wert coverage_percentage größer als 0 ist und der Wert last_refresh_time nicht NULL ist:
```
SELECT table_name, index_name, index_status,
  coverage_percentage, last_refresh_time, disable_reason
FROM bqml_tutorial.INFORMATION_SCHEMA.VECTOR_INDEXES
WHERE index_name = 'met_images_index';
```

Einbettung für den Suchtext generieren

Wenn Sie nach Bildern suchen möchten, die einem angegebenen Textsuchstring entsprechen, müssen Sie zuerst eine Texteinbettung für diesen String erstellen. Verwenden Sie dasselbe Remote-Modell, um die Texteinbettung zu erstellen, die Sie zum Erstellen der Bildeinbettungen verwendet haben. Schreiben Sie dann die Texteinbettung in eine Tabelle, um sie im folgenden Schritt zu verwenden. Der Suchstring lautet pictures of white or cream colored dress from victorian era.

Öffnen Sie in der Google Cloud Console die Seite BigQuery.

BigQuery aufrufen

Führen Sie im Abfrageeditor folgende Abfrage aus:

CREATE OR REPLACE TABLE `bqml_tutorial.search_embedding`
AS
SELECT * FROM ML.GENERATE_EMBEDDING(
  MODEL `bqml_tutorial.multimodal_embedding_model`,
  (
    SELECT 'pictures of white or cream colored dress from victorian era' AS content
  )
);

Modalitätsübergreifende Text-zu-Bild-Suche durchführen

Verwenden Sie die VECTOR_SEARCH-Funktion, um nach Bildern zu suchen, die am besten dem durch die Texteinbettung repräsentierten Suchstring entsprechen, und diese dann zur Verwendung in einem folgenden Schritt in eine Tabelle zu schreiben.

Öffnen Sie in der Google Cloud Console die Seite BigQuery.

BigQuery aufrufen

Führen Sie im Abfrageeditor folgende Abfrage aus:

CREATE OR REPLACE TABLE `bqml_tutorial.vector_search_results` AS
SELECT base.uri AS gcs_uri, distance
FROM
  VECTOR_SEARCH(
    TABLE `bqml_tutorial.met_image_embeddings`,
    'ml_generate_embedding_result',
    TABLE `bqml_tutorial.search_embedding`,
    'ml_generate_embedding_result',
    top_k => 3);

Vektorsuchergebnisse visualisieren

Vektorsuchergebnisse mit einem Notebook visualisieren

Öffnen Sie in der Google Cloud Console die Seite BigQuery.

BigQuery aufrufen
Öffnen Sie das Notebook met-image-analysis, das Sie zuvor erstellt haben.
Visualisieren Sie die Vektorsuchergebnisse:
1. Fügen Sie dem Notebook eine Codezelle hinzu.
2. Kopieren Sie folgenden Code und fügen Sie ihn in die Codezelle ein:
```
query = """
  SELECT * FROM `bqml_tutorial.vector_search_results`
  ORDER BY distance;
"""

printImages(client.query(query))
```
3. Führen Sie die Codezelle aus.
  
  Die Antwort sollte in etwa so aussehen:

Bereinigen

Achtung: Das Löschen von Projekten hat folgende Auswirkungen:

Alle Inhalte des Projekts werden gelöscht. Wenn Sie für die Aufgaben in diesem Dokument ein bereits bestehendes Projekt verwendet haben und dieses löschen, werden auch alle anderen im Rahmen des Projekts erstellten Daten gelöscht.
Benutzerdefinierte Projekt-IDs gehen verloren. Beim Erstellen dieses Projekts haben Sie möglicherweise eine benutzerdefinierte Projekt-ID erstellt, die Sie weiterhin verwenden möchten. Damit die URLs, die die Projekt-ID nutzen, z. B. eine appspot.com-URL, erhalten bleiben, sollten Sie ausgewählte Ressourcen innerhalb des Projekts löschen, statt das gesamte Projekt.

Wenn Sie mehrere Architekturen, Anleitungen und Kurzanleitungen durcharbeiten möchten, können Sie die Überschreitung von Projektkontingenten verhindern, indem Sie Projekte wiederverwenden.

In the Google Cloud console, go to the Manage resources page.
Go to Manage resources
In the project list, select the project that you want to delete, and then click Delete.
In the dialog, type the project ID, and then click Shut down to delete the project.