ShowUI：当前最好的 UI Agent 开源模型？

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Dec 5, 2024

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ui-agent-showui

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Show Lab 和微软推出 ShowUI，这是一个开源的 UI Agent 模型，在中文 APP 识别和导航能力上表现出色。通过创新的视觉 token 选择和独特的训练数据构建方法，该模型在有限的训练数据下实现了非常棒的性能

论文详解

论文主要包括 3 个大的贡献：

UI-Guided Visual Token Selection：对图片分 patch 后，去掉一些重复的 patch 以降低计算量。可以提速到原来的 1.5 倍，但效果会略降。

Interleaved Vision-Language-Action Streaming：训练时把多个单步任务拼成多轮对话的形式进行训练，提升效率。navigation 生成动作时不仅使用当前的 UI 截图，也使用前面步骤的 UI 截图（N=2）。

Small-scale High quality GUI Instruction-following Datasets：按指定比例构建高质量预训练数据集。

UI-Guided Visual Token Selection

先把图片划分成指定大小（patch 大小按照基模的配置即可，比如 Qwen2-VL 可以是 28x28）换分成不同的 patch，然后把临近相同颜色的 patch 连成一个Graph。属于同一个 graph 里的 patches 可以认为高度重复，所以训练时就从里面按比例随机抽取一些即可（对于只包含一个 patch 的 graph，抽取时必须包含此 patch），不需要全用。通过这种方式降低代表一个图片所需的 token 数量，提升训练/推理效率。

使用时作者保留抽取出来的每个 patch 的原始 position 位置信息，然后像如下右边那样输入模型即可（作者做了实验发现左边的处理方式效果更差）。

Interleaved Vision-Language-Action Streaming

作者使用了两种组织不同训练数据的方法，对应图中的两种：

Action-Visual：把每一步的截图和动作串起来，图片和动作交织组成一个长序列，训练时只使用动作 tokens 对应的 loss。这样一个任务理论上可以作为一个样本。

Action-Query：对于一些单步性质的任务，比如对应一个截图中的多个元素的 grounding 任务，可以把这些多个单步任务拼成多轮对话的形式进行训练，也就变成上面那种交织的形式了，以便提升训练效率。

作者的结论是这两种训练方式都用的话，效果会更好（见下图黄色曲线）：

GUI Instructional Tuning (预训练)

这一步其实就是预训练。

Navigation 数据就是来自 GUIAct。

Grounding 数据包含了三类数据：

Web–visual elements：作者自己收集的数据，包含 22k 的 web 截图，主要是针对 Button 或者 Checkbox 类型的元素。

Desktop–diverse query：来自 OmniAct 的 100 张图片，作者说这个数据集质量很高。作者针对其中的 2k 个元素制定了 3 个新的 query：appearance, spatial and intention，获得了 6k 个样本，加上之前的 2k（可能是 grounding），有大概 8k 个样本。这个数据集作者已开源：https://huggingface.co/datasets/showlab/ShowUI-desktop-8K

生成 appearance, spatial & intention query 数据的 Prompt

Mobile–Functionality：用的就是 AMEX 数据集。

整个数据集时 256k 个样本，其中 grounding 占一半少一些，navigation 占一半多一些。训练时每个 batch 中通过随机抽样获得，其中 grounding 和 navigation 各占一半，而 grounding 的三类数据同样随机抽样，保证在每个 batch 中它们的占比是 1:1:1。

以下是使用不同的数据训练模型后在 Screenspot grounding 测试集上的效果，可见 OmniAct 数据的效果真好。

数据平衡抽样非常重要，它带来了 3.7% 的精度提升。