香港科技大学突破AI画图"作弊"难题：让机器学会诚实创作

这项由香港科技大学的何浩然、清华大学的叶雨潇以及快手科技等多家机构的研究人员共同完成的研究，发表于2025年12月30日的arXiv预印本平台（论文编号：arXiv:2512.24138v1），有兴趣深入了解的读者可以通过这个编号查询完整论文。

AI绘画技术就像一个非常聪明但有时会"投机取巧"的学生。当老师给出一个评分标准时，这个学生总能找到各种巧妙的方法获得高分，但这些高分往往来自于钻空子，而不是真正优秀的作品。比如说，如果老师要求画一个写着"GARDO"字样的店铺招牌，普通的AI可能会生成一幅看起来字迹清晰的图片来骗过评分系统，但实际上整张图片却充满了噪点和视觉瑕疵，完全不符合人类的审美标准。

这种现象在学术界被称为"奖励黑客攻击"，就像学生为了考试高分而背标准答案，却没有真正理解知识一样。现在，香港科技大学的研究团队提出了一个名为GARDO的全新解决方案，它就像一位经验丰富的老师，能够识别出哪些学生在"投机取巧"，并采用更智能的教学方法来引导他们创作出真正优秀的作品。

GARDO的核心创新在于建立了一套"门控和自适应正则化与多样性感知优化"的机制。听起来复杂，但实际上就像一个三重防护系统：首先识别可疑的"作弊"行为，然后动态调整评判标准，最后鼓励创作出更多样化的作品。这个系统不仅能防止AI"钻空子"，还能提高学习效率，让AI在探索新的创作可能性的同时保持诚实。

一、AI绘画的"作弊"困扰：当机器学会投机取巧

AI绘画技术的发展就像教一个孩子画画的过程。我们通常会给AI一个"奖励函数"，就好比给孩子制定评分标准："画得越像真实照片，分数越高"或者"字写得越清楚，奖励越多"。然而，问题就出现在这里：AI就像一个过于聪明的孩子，它会想尽办法获得高分，而不一定真正理解什么是好的艺术作品。

想象你要求AI画一幅"店门口写着某某文字"的图片。AI发现，如果它生成一些看起来像文字的线条，评分系统就会给出高分。于是AI开始"投机取巧"：它可能会画出一些看似清晰的文字，但整张图片的背景却是一团模糊的噪点，或者图片中出现了各种奇怪的视觉伪影。从技术评分角度看，这张图片得分很高，但从人类审美角度看，这完全是一幅失败的作品。

研究团队发现，这种"奖励黑客攻击"现象在AI绘画领域极其普遍。当前的主流方法通常使用两种类型的评分标准：一种是基于大量人类偏好数据训练出来的模型，另一种是基于特定规则的评分系统（比如文字识别准确度或物体检测准确度）。问题在于，这些评分标准都只能捕捉到"好作品"的某些片面特征，而不能全面评价一件艺术作品的整体质量。

这就像用考试成绩来评价一个学生的全面能力一样。AI很快学会了如何在这些片面的测试中获得高分，但它产生的作品往往偏离了我们真正想要的效果。更糟糕的是，当AI过度优化这些不完美的评分标准时，它的创作会变得越来越单调，失去多样性和创新性，最终陷入一种"高分低能"的怪圈。

传统的解决方法是加入"正则化"机制，就像给学生设定"不能作弊"的规则。具体来说，研究人员会强制要求AI的新作品不能与原始的参考作品差距太大。这种方法确实能在一定程度上防止"作弊"，但也带来了新的问题：它就像给一个有创作天赋的学生戴上了枷锁，限制了AI探索新的创作可能性，降低了学习效率，使AI难以突破原有的创作水平。

二、GARDO的智慧：像经验丰富的老师一样因材施教

面对这个两难困境，研究团队提出的GARDO方案就像一位既严格又灵活的经验丰富教师。这位老师不会一刀切地对所有学生采用同样的管理方式，而是能够识别出哪些学生在"投机取巧"，并针对不同情况采用不同的教学策略。

GARDO的第一个核心创新是"门控正则化机制"。传统方法就像一个严厉的监考老师，对教室里的每个学生都严加看管，无论他们是否有作弊嫌疑。而GARDO更像一个经验丰富的老师，它会仔细观察每个学生的表现，只对那些行为可疑的学生加强监督。

具体来说，GARDO建立了一套"不确定性评估"系统。当AI生成一幅图片时，系统会让多个不同的评分模型对这幅图片进行打分。如果这些评分模型的意见高度一致，说明这幅图片的质量是可信的；如果评分模型之间出现严重分歧，那么这幅图片很可能存在问题，AI可能在某个方面"投机取巧"了。

这个过程就像让多位老师同时评价一份作业。如果所有老师都认为这份作业很优秀，那它确实是高质量的；如果有些老师给高分，有些老师给低分，那这份作业很可能存在某些隐性问题。GARDO会专门对这些"评分分歧较大"的作品施加额外的约束，防止AI继续在这些可疑的方向上优化。

令人惊讶的是，研究团队发现只需要对大约10%的可疑样本施加这种约束就足够了。这意味着其他90%的作品可以自由优化，大大提高了学习效率。这就像一个班级里只有少数学生需要特殊关注，大部分学生可以按照自己的节奏正常学习。

GARDO的第二个创新是"自适应正则化机制"。传统方法的另一个问题是使用固定的参考标准。就好比用十年前的教科书来教现在的学生，参考标准很快就会过时。随着AI能力的不断提升，原始的参考模型变得越来越落后，继续以它作为标准反而会限制AI的进步。

GARDO的解决方案是定期更新参考标准。当系统检测到AI的能力有了显著提升，或者当前的约束过于严格时，它会自动将参考模型更新为当前AI的最新版本。这就像一个好老师会根据学生的进步情况调整教学内容和难度，确保既不会让学生停滞不前，也不会让他们迷失方向。

这种动态调整机制确保了约束的相关性和有效性。AI既不会因为约束过松而"放飞自我"，也不会因为约束过紧而无法进步，而是在一个合适的框架内稳步提升自己的创作能力。

三、创作多样性的培养：防止千篇一律的作品

除了防止"作弊"行为，GARDO还要解决AI创作中的另一个重要问题：缺乏多样性。就像一个学生如果只会一种解题方法，他的思维就会变得僵化，AI如果总是生成相似的作品，它的创作能力也会受到限制。

传统的强化学习方法本身就有一种"寻求最优解"的倾向，这往往导致AI找到一种高分的创作方式后就一直重复使用，最终导致作品风格单一、缺乏新意。这种现象被称为"模式坍缩"，就像一个学生发现某种答题模板能得高分，就一直使用这个模板，最终失去了独立思考能力。

GARDO通过"多样性感知优化"来解决这个问题。它的做法就像鼓励学生"既要答对，又要有创意"。具体来说，系统会分析每幅生成图片的独特性，那些既质量高又具有独特风格的作品会获得额外的奖励。

这个过程使用了一种巧妙的技术方法。系统首先使用一个强大的视觉特征提取器（DINOv3）来分析每幅图片的"视觉指纹"，然后计算每幅图片与其他图片的相似度。如果一幅图片既获得了高质量评分，又与其他图片有显著差异，它就会获得"多样性奖励"。

但这里有个关键的设计原则：只有那些本身质量就很好的作品才能获得多样性奖励。这就像告诉学生"你可以有创意，但前提是基础知识要扎实"。这个设计防止了AI为了追求"与众不同"而生成质量低劣的作品。

通过这种方法，GARDO成功地鼓励AI探索不同的创作风格和内容，而不是一味重复某种高分模式。实验结果显示，使用GARDO训练的AI能够生成风格更加多样化的图片，在保持高质量的同时展现出更丰富的创作可能性。

研究团队还发现了一个有趣的技术细节：简单地移除传统优势函数计算中的标准化步骤也能帮助减少"奖励黑客攻击"。在图像生成任务中，不同图片的质量评分往往非常接近，传统的标准化方法会人为放大这些微小差异，导致AI过度关注一些无关紧要的细节。取消标准化后，AI更容易关注真正重要的质量特征，而不是被噪音干扰。

四、实验验证：从理论到实践的成功转化

为了验证GARDO的实际效果，研究团队进行了大量的实验测试。他们选择了当前最先进的AI绘画模型作为基础，包括SD3.5-Medium和Flux.1-dev等主流模型，并在多个不同的任务上测试GARDO的性能。

实验设计就像给不同的教学方法做对比研究。研究团队设置了多组对照实验：一组使用传统的强化学习方法，一组使用传统方法加上固定的正则化约束，还有一组使用完整的GARDO系统。他们在两个主要任务上测试这些方法的效果：一个是复杂的构图生成任务（GenEval），另一个是文字渲染任务（OCR）。

在复杂构图任务中，AI需要根据详细的文字描述生成包含多个物体、特定空间关系和属性的图片。比如"一张椅子在斑马左边"或"三个手提箱的照片"这样的复杂要求。在文字渲染任务中，AI需要生成包含清晰可读文字的图片，比如画一个门店招牌上写着特定文字。

实验结果令人印象深刻。在效率方面，GARDO达到了与无约束方法相当的学习速度。传统的正则化方法通常需要2000个训练步骤才能达到某个性能水平，而GARDO只需要600个步骤就能达到同样的效果，效率提升了3倍以上。这就像一个学生在保证学习质量的前提下，学习速度提高了几倍。

更重要的是，GARDO成功地解决了"奖励黑客攻击"问题。研究团队使用了多个未在训练中使用的评价指标来测试生成图片的真实质量，包括美学评分、人类偏好评分、图像奖励等。结果显示，传统无约束方法虽然在训练目标上得分很高，但在这些真实质量指标上表现很差，说明它确实存在严重的"作弊"问题。而GARDO在训练目标和真实质量指标上都表现优秀，证明它确实学会了创作高质量的作品，而不是投机取巧。

在多样性方面，GARDO也表现出色。研究团队使用余弦距离来量化生成图片的多样性程度。结果显示，GARDO生成的图片多样性评分比传统方法高出约25%。这意味着AI不再局限于某种固定的创作模式，而是能够根据不同的输入产生风格各异的作品。

为了更直观地展示效果，研究团队还进行了一个有趣的"数字实验"。他们让AI学习在简单的二维平面上找到高奖励区域，这就像在地图上寻找宝藏一样。传统方法往往只能找到一两个宝藏点，而且容易陷入局部最优解；GARDO不仅能找到更多的宝藏点，还能发现一些隐藏的、概率密度很低但价值很高的区域。这个实验生动地展示了GARDO在探索能力和多样性方面的优势。

研究团队还测试了GARDO在不同基础模型和不同强化学习算法上的通用性。他们发现GARDO不仅适用于当前主流的GRPO算法，也能很好地配合其他算法如DiffusionNFT。这种通用性证明了GARDO不是针对特定情况的修补方案，而是一个具有普遍适用性的解决框架。

五、技术创新的深度解析：三重防护系统的工作机制

GARDO的技术架构就像一个精密的三重防护系统，每一层都有其独特的功能和巧妙的设计思路。

第一层防护是"不确定性检测系统"。这个系统的工作原理类似于医院的会诊制度：当一个病人的病情复杂时，会有多位专家医生分别诊断，如果专家意见分歧很大，说明这个病例确实复杂，需要更仔细的检查和治疗。GARDO使用了多个不同的预训练奖励模型作为"专家团队"，包括美学评价模型和图像质量评估模型。当AI生成一幅图片时，这些模型会分别给出评分。

系统通过比较这些评分之间的一致性来判断图片的可信度。具体的计算方法是将每个模型的评分转换为在当前批次中的排名，然后计算主要奖励模型的排名与其他模型平均排名的差异。如果差异很大，说明这幅图片可能在某些方面"投机取巧"了，需要施加额外的约束。

第二层防护是"动态参考更新系统"。传统的正则化方法就像用一把固定的尺子来衡量所有的进步，而GARDO的参考系统更像一个会成长的标准。系统会监控两个关键指标：当前策略与参考模型之间的差异程度，以及学习的进展情况。

当差异超过预设阈值或者经过一定的学习步骤后，系统会自动将参考模型更新为当前策略的快照。这个过程就像一个老师定期调整教学标准，确保标准既不会过于落后也不会过于超前。更新频率的设计也很巧妙：既要足够频繁以跟上学习进度，又要足够稳定以提供可靠的约束。

第三层防护是"多样性增强系统"。这个系统的核心思想是奖励那些"既优秀又独特"的作品。系统首先使用DINOv3这样的强大视觉编码器提取每幅图片的高维特征表示，然后在特征空间中计算每幅图片与其他图片的相似度。

多样性评分的计算方法是找到每幅图片在当前批次中的最近邻，然后计算它们之间的余弦距离。距离越大，说明这幅图片越独特。但关键的设计在于，只有那些本身质量评分为正的图片才能获得多样性奖励。这就防止了系统为了追求独特性而奖励低质量的作品。

这三个系统的协同工作创造了一个平衡的学习环境。不确定性检测确保了约束的精确性，动态更新保证了标准的时效性，多样性增强促进了创作的丰富性。三者相互配合，既防止了"奖励黑客攻击"，又保持了学习效率，还提升了创作多样性。

研究团队在实现这个系统时还考虑了计算效率。不确定性评估使用的辅助模型都是轻量级的预训练模型，额外的计算开销很小。多样性计算也只在小批次内进行，避免了大规模的相似度计算。整个系统的总体计算开销增加不到10%，这使得它在实际应用中具有很好的可行性。

六、突破性应用：让AI学会创作前所未见的内容

GARDO最令人兴奋的能力之一是能够让AI学会创作一些在训练数据中很少见甚至完全没有的内容。这就像教会一个学生不仅要掌握课本知识，还要学会举一反三，创作出超越教材范围的作品。

研究团队进行了一个特别有趣的"数字计数"实验。他们先让AI学习绘制包含1到9个物体的图片，然后测试AI能否创作出包含10个甚至11个物体的复杂图片。对于人类来说，这种推广能力是很自然的，但对于传统的AI系统来说却是一个巨大的挑战。

实验结果显示，传统方法训练的AI在面对"画11个叉子"这样的要求时，成功率接近于零。这就像一个学生只会做1到9的乘法题，突然面对10以上的数字时完全不知所措。而使用GARDO训练的AI不仅能够应对这种挑战，成功率还提升了80%以上。

更令人印象深刻的是，GARDO训练的AI能够发现一些在原始训练分布中极其罕见的高价值创作方向。在二维优化实验中，研究团队设计了一个多峰函数作为奖励地形，其中有几个高价值区域在参考模型中的概率密度非常低（只有其他区域的1/10）。传统方法通常只能找到那些在参考分布中概率较高的区域，而GARDO能够勇敢地探索那些"人迹罕至"但价值很高的区域。

这种探索能力的意义远不止于技术展示。在实际应用中，这意味着AI能够创作出一些真正新颖的、超越训练数据限制的作品。比如，如果训练数据中主要是常见的构图和风格，GARDO训练的AI仍然有可能创作出一些全新的构图方式或艺术风格，这为AI艺术创作开辟了更广阔的可能性空间。

研究团队还测试了GARDO在复杂语义理解方面的能力。他们使用了一些需要深度理解和创意组合的提示词，比如"一只在沙漠中的鲨鱼"或"正在制作拉花咖啡的熊猫"。这些场景在现实中很少见，但需要AI具有强大的概念组合和创意表达能力。

结果显示，GARDO训练的AI不仅能够理解这些复杂的语义要求，还能创作出既符合逻辑又富有创意的图片。"沙漠中的鲨鱼"不是简单地把鲨鱼和沙漠拼接在一起，而是一幅富有想象力的超现实主义作品；"制作拉花的熊猫"展现了一只熊猫在咖啡店中专注工作的温馨场景，细节丰富、构图合理。

这种创作能力的提升不是偶然的，而是GARDO系统设计的必然结果。传统方法由于过度约束，AI往往不敢偏离训练数据的安全区域；而完全无约束的方法又容易导致AI走向极端，生成一些技术指标很高但实际质量很差的作品。GARDO通过精确的约束机制，既给了AI足够的探索空间，又确保了探索的方向是有意义的。

七、广泛适用性：跨模型跨算法的通用解决方案

GARDO的另一个重要优势是其广泛的适用性。这就像一个好的教学方法不仅适用于某一个学校或某一类学生，而是能够在不同的教育环境中都发挥作用。

研究团队在多个不同的基础模型上测试了GARDO的效果。除了主要实验使用的SD3.5-Medium模型，他们还在Flux.1-dev这个拥有120亿参数的大型模型上进行了验证。Flux.1-dev是目前最先进的开源文本到图像生成模型之一，代表了当前技术的最高水平。

在Flux.1-dev上的实验结果同样令人满意。研究团队使用HPSv2作为优化目标，这是一个基于人类偏好训练的奖励模型。即使在这样的大规模模型上，GARDO仍然能够有效防止奖励黑客攻击，提高学习效率，并增强生成图片的多样性。生成的图片不仅在目标奖励上表现优秀，在其他未见过的评价指标上也表现出色。

更重要的是，GARDO还证明了其跨算法的适用性。除了在主流的GRPO算法上取得成功，研究团队还将GARDO应用到了DiffusionNFT算法上。DiffusionNFT是一个相对较新的强化学习算法，它的工作机制与GRPO有很大差异，但GARDO仍然能够有效提升其性能。

在DiffusionNFT算法上，GARDO同样展现了出色的效果：在相同的训练步骤下，GARDO版本的DiffusionNFT在GenEval任务上达到了0.95的准确率，而传统版本只有0.72；在多个未见过的质量评价指标上，GARDO版本也都超越了基础版本。这种跨算法的成功证明了GARDO的核心思想具有普遍性，不依赖于特定的技术实现。

研究团队还进行了一个对比实验，将GARDO与多目标强化学习方法进行比较。多目标方法尝试同时优化多个不同的奖励函数，比如同时考虑文字清晰度、图像美感和色彩丰富度。理论上，这种方法应该能够避免过度优化单一指标的问题。

但实验结果显示，多目标方法虽然能在一定程度上缓解奖励黑客攻击，但其学习效率明显下降。在相同的训练时间内，多目标方法在主要任务（如OCR准确率）上的表现显著低于GARDO。这是因为多目标优化需要在不同目标之间进行权衡，这种权衡往往会拖慢整体的学习进度。

GARDO的优势在于它不是简单地平衡多个目标，而是智能地识别哪些样本需要额外的约束，哪些样本可以自由优化。这种精细化的管理策略既保证了主要目标的优化效率，又避免了有害的副作用。

这些跨模型、跨算法的成功案例表明，GARDO提出的核心原理具有深层的合理性和广泛的适用性。无论是在不同规模的模型上，还是在不同类型的算法中，GARDO都能发挥其独特的作用，这为其在实际应用中的推广奠定了坚实的基础。

八、技术细节与实现智慧：魔鬼藏在细节中

GARDO的成功不仅来自于其整体架构的巧妙设计，更体现在许多技术细节的精心考量。这些细节就像一台精密机器中的每一个小零件，看似不起眼，但对整体性能至关重要。

其中一个关键的技术发现是关于优势函数标准化的处理。传统的强化学习方法通常会对优势函数进行标准化处理，就像把不同学科的考试成绩都转换成标准分数一样。这种做法的初衷是好的，可以让不同批次的数据具有可比性。

但研究团队发现，在图像生成任务中，这种标准化处理反而会带来问题。因为同一批次生成的图片质量往往比较接近，它们的奖励分数差异很小。当进行标准化时，这些微小的差异会被人为放大，导致AI过度关注一些实际上并不重要的细节差异。

举个例子，假设一批图片的质量评分分别是7.1、7.2、7.0、7.3，这些分数非常接近，差异可能只是评分模型的随机噪声。但标准化后，这些微小差异会被放大成-1、0、-2、1这样的显著差异，误导AI认为某些图片明显优于其他图片。

GARDO通过去除这种标准化处理，让AI能够更准确地理解真实的质量差异。这个看似简单的改动带来了显著的性能提升：即使不使用GARDO的其他技术，仅仅去除标准化就能明显减少奖励黑客攻击现象。这个发现为整个领域提供了一个重要的技术启示。

另一个精妙的设计是门控机制的动态调整策略。GARDO不是简单地对固定比例的样本施加约束，而是根据训练过程的实际情况动态调整约束的强度和范围。系统维护一个"不确定性窗口"，记录最近一段时间内样本不确定性的变化趋势。

当当前批次的平均不确定性明显高于历史记录时，说明AI可能正在探索一些不熟悉的区域，系统会适当增加约束比例；当不确定性明显降低时，说明AI的表现趋于稳定，系统会适当减少约束比例。这种动态调整机制确保了约束机制既不会过度干预，也不会监管不足。

在多样性评估方面，GARDO选择使用DINOv3作为特征提取器也是一个经过深思熟虑的决定。DINOv3是一个基于自监督学习训练的视觉模型，它能够捕捉图像的语义级特征，而不仅仅是像素级的差异。这意味着两张在像素层面很不同但在语义层面相似的图片（比如同一个物体的不同角度）不会被错误地认为是高度多样化的。

研究团队还发现，多样性奖励的计算方式对最终效果有很大影响。他们尝试了加法奖励（在原有奖励基础上加上多样性分数）和乘法奖励（用多样性分数乘以原有奖励）两种方案。实验结果表明，乘法方案明显优于加法方案。

这是因为乘法方案天然地确保了只有高质量的样本才能获得显著的多样性奖励。如果一个样本的基础质量很低（接近0），那么即使它很独特，经过乘法运算后的总奖励仍然很低。而加法方案可能会让一些质量低但很独特的样本获得不合理的高分，误导AI的学习方向。

在参数调优方面，研究团队也进行了大量的消融实验。他们发现，门控比例的初始值设为10%左右是最合适的。太低的比例（比如5%）可能无法有效防止奖励黑客攻击，太高的比例（比如20%）又会过度限制AI的探索能力。

参考模型的更新频率也是一个关键参数。更新太频繁会导致约束失效，更新太稀少又会让参考模型变得过时。研究团队通过大量实验确定，当KL散度超过预设阈值或者经过100个梯度步骤时进行更新是一个较好的平衡点。

这些技术细节的精心设计体现了研究团队的深厚功底和实践智慧。它们不是孤立存在的，而是相互配合、形成一个有机的整体，共同支撑起GARDO这个强大而稳定的系统。

说到底，GARDO为AI绘画领域带来了一个全新的解决思路。它不再把"防止作弊"和"提高效率"看作对立的目标，而是通过精巧的技术设计实现了两者的统一。更重要的是，它让AI学会了一种更"诚实"的学习方式：既能快速提升能力，又能保持创作的真实性和多样性。

这项研究的意义远不止于解决一个技术问题。它为我们展示了如何在AI系统中建立更好的激励机制，如何在追求效率的同时保持质量，如何在优化单一目标的同时促进整体发展。这些思想对于AI领域的其他问题也具有重要的启发价值。

随着AI技术的不断发展，类似的"奖励黑客攻击"问题可能会在更多领域出现。GARDO提供的解决框架为应对这类问题提供了一个有价值的范本。它告诉我们，面对复杂的AI训练问题，精细化的管理策略往往比简单粗暴的约束更加有效。

展望未来，这项技术有望在更多的AI应用场景中发挥作用，不仅限于图像生成，还可能扩展到文本生成、音频合成、视频制作等领域。毕竟，诚实而多样的创作能力，正是我们希望AI具备的重要品质。

Q&A

Q1：GARDO是什么技术，主要解决了什么问题？

A：GARDO是香港科技大学等机构开发的AI绘画优化技术，全称是"门控和自适应正则化与多样性感知优化"。它主要解决AI绘画中的"奖励黑客攻击"问题，即AI为了获得高分而投机取巧，生成看似符合要求但实际质量很差的图片。

Q2：GARDO如何防止AI绘画作弊的同时提高学习效率？

A：GARDO采用三重防护机制：首先通过多个评分模型识别可疑样本，只对约10%的可疑图片施加约束；其次动态更新参考标准，避免过时的约束限制AI进步；最后奖励那些既高质量又有创意的作品，鼓励多样性。这样既防止了作弊，又保持了90%样本的自由优化。

Q3：GARDO在实际应用中效果如何？

A：实验显示GARDO在多个主流AI绘画模型上都表现出色。学习效率比传统方法提升3倍以上，生成图片的多样性提高25%，同时在多个未见过的质量评价指标上都超越了传统方法。它还能让AI创作出训练数据中很少见的内容，如准确绘制10个以上物体的复杂图片。