Chapter 12

第12章: 画像・音声と言葉をつなぐ — マルチモーダル

ChatGPT に料理の写真を貼って「これ何? レシピ教えて」と聞く。 画像を見て「これはタイ風グリーンカレーですね」と答え、レシピまで書いてくれる。

ヘッドホンをつけて、口頭でフランス語の練習相手になってもらう。 こちらが話せばリアルタイムで応答が返り、発音まで指導してくれる。

ChatGPT は「自然言語処理」を超えて、画像も音声も同じ枠で扱う ようになった。 これは魔法ではない。本章のテーマ ── マルチモーダル LLM の仕組みを紐解けば、その理屈が見える。

鍵は、本書を通じて何度も出てきたあの発想だ: 「ベクトル(埋め込み)空間に押し込めば、機械にとっては同じものになる」。

12.1 「モーダル」とは何か

NLP の文脈で モーダル(modality) という言葉が出てきたら、おおむね「情報の種類」を指していると思っていい。

これらは人間にとっては「同じ世界を別の感覚チャネルで捉えたもの」だが、機械にとってはまったく違うフォーマット:

異なるフォーマットを扱う AI を、マルチモーダル AI と呼ぶ。 本章では特に、言語と画像・音声をつなぐ LLM ── GPT-4V、Gemini、Claude Opus 4 などの内部発想を扱う。

12.2 「埋め込みを別モーダルに拡張する」という発想

ここで使うのは、第2章で見た 埋め込みの発想 ── 「言葉を空間の座標に置く」──の 拡張 だ。

マルチモーダルの普遍解

画像も音声も、同じやり方で ベクトル空間の点 にする。 その空間を テキストの埋め込み空間と揃えて しまえば、機械にとっては種類の違いが消える。

「猫」というテキスト、「猫の写真」、「猫の鳴き声」── これらを近い場所に置けば、機械は「これらは同じものを指している」と扱える。

具体的にどうやって画像・音声を埋め込むのか、順に見ていく。

12.3 画像をベクトルにする ── Vision Transformer (ViT)

画像をどう「ベクトル化」するか。 ここで活躍するのが、第7章で扱った Transformer の応用 ── Vision Transformer (ViT) だ。

発想は驚くほど Transformer をそのまま流用している:

Vision Transformer の手口

  1. 画像を 小さなパッチ(16×16 ピクセルの正方形タイル)に分割
  2. 各パッチを 「画像のトークン」 として扱う
  3. テキスト Transformer と まったく同じ枠組み で、これらのパッチに Self-Attention を適用

驚きは、これだけで画像認識が成立してしまうこと。 画像を「トークンの並び」と思えば、Transformer がそのまま使える。

つまり画像 Transformer は、「絵を、語彙の代わりにパッチで構成された文として扱う」 だけだ。 Self-Attention は、画像のパッチ同士の関係を捉える ── 「この目のパッチと、その顔のパッチは関連が深い」のような。

この処理を通すと、画像全体を 1 つのベクトルに、あるいは各パッチを別のベクトルに、変換できる。 これが画像の埋め込み表現になる。

12.4 言語と画像を「同じ空間」に揃える ── CLIP

ここで重要なのは、画像のベクトルとテキストのベクトルを、同じ空間に揃える ことだ。 別々の空間に置いていては、横断的な操作ができない。

これを実現した記念碑的モデルが CLIP (Contrastive Language–Image Pre-training)(OpenAI、2021 年)だ。

CLIP の学習発想

ウェブから集めた 「画像 + キャプション」のペア を 4 億組用意する。 そして次の二択クイズを延々と解かせる:

「以下の画像 100 枚と、以下のキャプション 100 個。各画像に対応するキャプションを当てよ。」

正しい組のペア(画像 A とキャプション A)はベクトル空間で 近く、 間違った組(画像 A とキャプション B)は 遠く なるように、ベクトルを学習する。

これを繰り返すと、画像とテキストが同じ空間に揃った 埋め込みが得られる。

CLIP の登場で、次のようなことが可能になった:

操作
テキストで画像検索「夕日のビーチ」とテキストで検索 → 該当する画像をベクトル類似度で検索
画像でテキスト検索写真を与え → 関連するキャプションを生成
画像のゼロショット分類「猫」「犬」「鳥」の文字列ベクトルと画像ベクトルを比較 → どれに近いかで分類

CLIP は、第11章の RAG でも「画像での検索」の中核技術として使われている。 「テキスト ↔ 画像の橋」 を架けた歴史的なモデルだ。

12.5 マルチモーダル LLM ── 視覚を持った GPT

CLIP のように画像とテキストを 同じ空間に揃える ことができたら、次の発想は自然だ:

マルチモーダル LLM の発想

画像を ベクトルに変換 して、テキストトークンと同じ流れに混ぜ込む。 LLM 側からは、テキストトークンと画像トークンが 同じ「単位」 に見える。

これにより、LLM の Self-Attention は、画像トークンとテキストトークンの 関係 を直接計算できる。 「この単語は、この画像のあの部分について言っている」── が一気通貫で扱える。

具体的な流れ:

  1. ユーザーが画像 + テキスト「これ何?」を入力
  2. 画像が Vision Transformer などで 画像トークンの並び に変換される
  3. LLM のプロンプトの一部として、画像トークンとテキストトークンが 混ぜて 流される
  4. LLM は通常の Self-Attention でこれらを処理し、応答を生成

代表的なモデル:

モデル提供元特徴
GPT-4V / GPT-4oOpenAI画像 + 音声 + テキストの統合
Gemini 1.5 / 2.xGoogle最初から動画・画像・音声を一体設計
Claude 4 系Anthropic画像理解と長文処理に強み
Llama 3.2 VisionMeta公開モデルのマルチモーダル版

これらは、画像を「言葉の延長」として処理することで、画像説明・文書 OCR・図表解釈・グラフ読み取り・コードのスクリーンショット解析など、幅広いタスクをこなせる。

12.6 音声も同じ発想で

音声についても、考え方はそっくりだ。 音声信号を トークンの並び に変換すれば、LLM の枠組みに乗せられる。

代表的なアプローチは、Whisper(OpenAI)に代表される 音声 Transformer

  1. 音声波形を メルスペクトログラム(周波数の時系列表現)に変換
  2. これを 小さな単位(音声トークン) に切る
  3. Transformer で処理

これにより、音声を「言葉の音響的なトークン列」として扱える。 そして CLIP のように 音声とテキストを同じ空間に揃える モデル(CLAP など)も登場した。

ChatGPT の音声会話機能では:

という構成が一般的だが、最近の GPT-4o などは、音声 → 音声をエンドツーエンド で処理するように進化している。 途中でテキストを介さないので、話者のトーン、間、感情 までモデルが扱える。

GPT-4o のリアルタイム音声デモ(2024 年)で、AI が 歌うように応答 したり、笑い声 を発したりしたのは、エンドツーエンド処理だからこそ可能になった芸当だ。
従来の「音声→テキスト→LLM→テキスト→音声」というパイプラインでは、こうした音響的な機微は途中で失われていた。

12.7 動画とその先

画像と音声をテキストと同じ枠で扱えるなら、動画 も射程に入る。 動画は「時間軸を持つ画像 + 音声」だからだ。

そしてその先には:

など、「あらゆる種類のデータをトークン化して、Transformer で処理する」 という発想が広がっている。

これは本書の冒頭で予告した通り、Transformer がもはや言語固有ではなく、AI 全体の標準骨格 になっている事実の延長だ。

12.8 マルチモーダルが変える実用世界

マルチモーダル LLM は、現代の AI 応用を大きく広げている。

用途できること
OCR + 理解スクショや手書きメモを読み取り、内容を要約・編集
図表・グラフの解読論文の図、ダッシュボードを言葉で説明
コードレビューUI スクリーンショットからフロントエンドコードを生成
医療画像の補助診断レントゲン・MRI を見て所見をテキストで補助
アクセシビリティ視覚障害者向けに画像を音声で説明
会議録の自動化音声入力 → 議事録生成(音声トーンも含めて要約)
教育数学の手書き解答を写して、間違いを指摘

特に 「目を持った LLM」 は、これまでテキストだけでは難しかったタスク(手書きノート、UI 設計、論文の図解読など)を一気に AI の射程に入れた。

12.9 まだ難しいこと

マルチモーダル LLM は強力だが、まだ得意・不得意がある。

得意

苦手

これらは、テキスト LLM におけるハルシネーション(次章)と地続きの問題だ。 マルチモーダル LLM は 「もっともらしい説明」を返すが、実は画像を正確に読めていない ことが意外と多い。 信頼するかどうかは、用途とリスクで判断する必要がある。

12.10 この章の振り返り

そしてその「もっともらしいが間違う」── 次章で扱う ハルシネーション こそが、LLM 全般に残る最大の信頼性問題だ。 本書もいよいよ最終章へ。