Spring AI应用系列——基于ARK实现多模态模型应用

ARK 在这里指的是阿里云推出的 AIGC 研发平台 ARK，是阿里云面向开发者和企业用户打造的一站式 AIGC（AI Generated Content，人工智能生成内容）开发平台。

1. 引言

本文将深入探讨 ARK Multi-Model 的实现原理、架构设计以及关键参数的配置和使用方法。通过具体的代码示例和测试验证，我们将全面理解如何利用 Spring AI 和 Alibaba ARK 平台构建一个多模态模型应用。

2. 项目概述

Spring AI Alibaba ARK Multi-Model Example 是一个基于 Spring AI 和 Alibaba ARK 平台的多模态模型应用示例。它集成了聊天、图片生成、文本向量等多种模型能力，并通过 REST 接口提供服务。

3. 项目架构

项目的核心组件包括：

• Spring Boot：作为基础框架，提供便捷的 Web 开发支持。
• Spring AI：封装了多种 AI 模型的调用接口，简化了模型集成的复杂度。
• Alibaba ARK：阿里云推出的一站式 AIGC 开发平台，提供了大模型 API 服务。

4. 核心功能模块

4.1 图片处理功能

MultiModelController.java

/*
 * Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one or more
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 * this work for additional information regarding copyright ownership.
 * The ASF licenses this file to You under the Apache License, Version 2.0
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 * the License.  You may obtain a copy of the License at
 *
 *     http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

package com.alibaba.cloud.ai.example.controller;

import com.alibaba.cloud.ai.example.controller.helper.FrameExtraHelper;
import org.apache.catalina.User;
import org.springframework.ai.chat.client.ChatClient;
import org.springframework.ai.chat.client.advisor.MessageChatMemoryAdvisor;
import org.springframework.ai.chat.client.advisor.SimpleLoggerAdvisor;
import org.springframework.ai.chat.memory.InMemoryChatMemory;
import org.springframework.ai.chat.messages.UserMessage;
import org.springframework.ai.chat.model.ChatModel;
import org.springframework.ai.chat.model.ChatResponse;
import org.springframework.ai.chat.prompt.Prompt;
import org.springframework.ai.image.Image;
import org.springframework.ai.model.Media;
import org.springframework.ai.openai.OpenAiChatOptions;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.core.io.ClassPathResource;
import org.springframework.util.MimeTypeUtils;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;

import java.net.URI;
import java.util.List;
import java.util.Map;

/**
 * ark Multi-Model REST Controller
 * 提供聊天、图片生成、文本向量等多个模型能力的API接口
 *
 * @author brian xiadong
 */
@RestController
@RequestMapping("/api")
public class MultiModelController {

    private static final String DEFAULT_PROMPT = "这些是什么？";

    private static final String DEFAULT_VIDEO_PROMPT = "这是一组从视频中提取的图片帧，请描述此视频中的内容。";


    @Autowired
    private ChatModel chatModel;

    private ChatClient openAiChatClient;

    public MultiModelController(ChatModel chatModel) {

        this.chatModel = chatModel;

        // 构造时，可以设置 ChatClient 的参数
        // {@link org.springframework.ai.chat.client.ChatClient};
        this.openAiChatClient = ChatClient.builder(chatModel)
                // 实现 Chat Memory 的 Advisor
                // 在使用 Chat Memory 时，需要指定对话 ID，以便 Spring AI 处理上下文。
                .defaultAdvisors(
                        new MessageChatMemoryAdvisor(new InMemoryChatMemory())
                )
                // 实现 Logger 的 Advisor
                .defaultAdvisors(
                        new SimpleLoggerAdvisor()
                )
                // 设置 ChatClient 中 ChatModel 的 Options 参数
                .defaultOptions(
                        OpenAiChatOptions.builder()
                                .topP(0.7)
                                .build()
                )
                .build();
    }

    @GetMapping("/image")
    public String image(
            @RequestParam(value = "prompt", required = false, defaultValue = DEFAULT_PROMPT)
            String prompt
    ) throws Exception {

        List<Media> mediaList = List.of(
                new Media(
                        MimeTypeUtils.IMAGE_PNG,
                        new URI("https://dashscope.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/images/dog_and_girl.jpeg").toURL()
                )
        );

        UserMessage message = new UserMessage(prompt, mediaList);

        ChatResponse response = openAiChatClient.prompt(
                new Prompt(
                        message
                )
        ).call().chatResponse();

        return response.getResult().getOutput().getText();
    }

    @GetMapping("/stream/image")
    public String streamImage(
            @RequestParam(value = "prompt", required = false, defaultValue = DEFAULT_PROMPT)
            String prompt
    ) {

        UserMessage message = new UserMessage(
                prompt,
                new Media(
                        MimeTypeUtils.IMAGE_JPEG,
                        new ClassPathResource("multimodel/dog_and_girl.jpeg")
                ));

        List<ChatResponse> response = openAiChatClient.prompt(
                new Prompt(
                        message
                )
        ).stream().chatResponse().collectList().block();

        StringBuilder result = new StringBuilder();
        if (response != null) {
            for (ChatResponse chatResponse : response) {
                String outputContent = chatResponse.getResult().getOutput().getText();
                result.append(outputContent);
            }
        }

        return result.toString();
    }

    @GetMapping("/video")
    public String video(
            @RequestParam(value = "prompt", required = false, defaultValue = DEFAULT_VIDEO_PROMPT)
            String prompt
    ) {

        List<Media> mediaList = FrameExtraHelper.createMediaList(10);

        UserMessage message = new UserMessage(prompt, mediaList);

        ChatResponse response = openAiChatClient.prompt(
                new Prompt(
                        message
                )
        ).call().chatResponse();

        return response.getResult().getOutput().getText();
    }
}

功能解析：

• 参数说明 ：
  • @RequestParam(value = "prompt", required = false, defaultValue = DEFAULT_PROMPT) String prompt：用户输入的提示文本，默认值为"这些是什么？"。
  • mediaList：包含图片资源的媒体列表，这里使用了一个固定 URL 的图片资源。
• 实现逻辑 ：
  • 创建 UserMessage 对象，包含提示文本和媒体列表。
  • 通过 openAiChatClient.prompt() 方法发送请求，并获取响应结果。

4.2 视频帧提取功能

FrameExtraHelper.java

/*
 * Copyright 2024 the original author or authors.
 *
 * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
 * you may not use this file except in compliance with the License.
 * You may obtain a copy of the License at
 *
 *      https://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 *
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 * See the License for the specific language governing permissions and
 * limitations under the License.
 */

package com.alibaba.cloud.ai.example.controller.helper;

import jakarta.annotation.PreDestroy;
import org.bytedeco.javacv.FFmpegFrameGrabber;
import org.bytedeco.javacv.Frame;
import org.bytedeco.javacv.Java2DFrameConverter;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.ai.model.Media;
import org.springframework.boot.ApplicationArguments;
import org.springframework.boot.ApplicationRunner;
import org.springframework.core.io.PathResource;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.util.MimeType;

import javax.imageio.ImageIO;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.stream.Collectors;
import java.util.stream.IntStream;

import static org.bytedeco.javacpp.Loader.deleteDirectory;

/**
 * @author yuluo
 * @author <a href="mailto:[email protected]">yuluo</a>
 */

@Component
public final class FrameExtraHelper implements ApplicationRunner {

	private FrameExtraHelper() {
	}

	private static final Map<String, List<String>> IMAGE_CACHE = new ConcurrentHashMap<>();

	private static final File videoUrl = new File("spring-ai-alibaba-multi-model-example/dashscope-multi-model/src/main/resources/multimodel/video.mp4");

	private static final String framePath = "spring-ai-alibaba-multi-model-example/dashscope-multi-model/src/main/resources/multimodel/frame/";

	private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(FrameExtraHelper.class);

	public static void getVideoPic() {

		List<String> strList = new ArrayList<>();
		File dir = new File(framePath);
		if (!dir.exists()) {
			dir.mkdirs();
		}

		try (
				FFmpegFrameGrabber ff = new FFmpegFrameGrabber(videoUrl.getPath());
				Java2DFrameConverter converter = new Java2DFrameConverter()
		) {
			ff.start();
			ff.setFormat("mp4");

			int length = ff.getLengthInFrames();

			Frame frame;
			for (int i = 1; i < length; i++) {
				frame = ff.grabFrame();
				if (frame.image == null) {
					continue;
				}
				BufferedImage image = converter.getBufferedImage(frame); ;
				String path = framePath + i + ".png";
				File picFile = new File(path);
				ImageIO.write(image, "png", picFile);
				strList.add(path);
			}
			IMAGE_CACHE.put("img", strList);
			ff.stop();
		}
		catch (Exception e) {
			log.error(e.getMessage());
		}

	}

	@Override
	public void run(ApplicationArguments args) throws Exception {

		log.info("Starting to extract video frames");

		getVideoPic();

		log.info("Extracting video frames is complete");

	}

	@PreDestroy
	public void destroy() {

		try {
			deleteDirectory(new File(framePath));
		}
		catch (IOException e) {
			log.error(e.getMessage());
		}

		log.info("Delete temporary files...");
	}

	public static List<String> getFrameList() {

		assert IMAGE_CACHE.get("img") != null;
		return IMAGE_CACHE.get("img");
	}

	public static List<Media> createMediaList(int numberOfImages) {

		List<String> imgList = IMAGE_CACHE.get("img");

		int totalFrames = imgList.size();
		int interval = Math.max(totalFrames / numberOfImages, 1);

		return IntStream.range(0, numberOfImages)
				.mapToObj(i -> imgList.get(i * interval))
				.map(image -> new Media(
						MimeType.valueOf("image/png"),
						new PathResource(image)
				))
				.collect(Collectors.toList());
	}

}

功能解析：

• 参数说明 ：
  • int numberOfImages：需要提取的图片帧数量。
• 实现逻辑 ：
  • 从 IMAGE_CACHE 中获取所有图片帧路径。
  • 根据 numberOfImages 计算间隔，均匀选择图片帧。
  • 将选中的图片帧转换为 Media 对象并返回。

5. 参数配置与使用

5.1 application.yml 配置

application.yml

spring:
  ai:
    openai:
      # API Key Configuration。
      api-key: ${ARK_API_KEY:your-api-key}
      # Ark LLM API Base URL
      base-url: https://ark.cn-beijing.volces.com/api/
      chat:
        options:
          # Model ID, replace with actual access point ID
          model: ${ARK_MODEL_ID:your-model-id}
        # Chat API path, consistent with OpenAI interface
        completions-path: /v3/chat/completions

server:
  port: 8080

logging:
  level:
    org:
      springframework:
        ai:
          chat:
            client:
              advisor: DEBUG

配置解析：

• api-key：ARK 平台的 API 密钥，用于身份验证。
• base-url：ARK LLM API 的基础 URL。
• model：使用的模型 ID。
• completions-path：Chat API 的路径，与 OpenAI 接口保持一致。

5.2 ChatClient 构造参数

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class MultiModelController {

    private static final String DEFAULT_PROMPT = "这些是什么？";

    private static final String DEFAULT_VIDEO_PROMPT = "这是一组从视频中提取的图片帧，请描述此视频中的内容。";


    @Autowired
    private ChatModel chatModel;

    private ChatClient openAiChatClient;

    public MultiModelController(ChatModel chatModel) {

        this.chatModel = chatModel;

        // 构造时，可以设置 ChatClient 的参数
        // {@link org.springframework.ai.chat.client.ChatClient};
        this.openAiChatClient = ChatClient.builder(chatModel)
                // 实现 Chat Memory 的 Advisor
                // 在使用 Chat Memory 时，需要指定对话 ID，以便 Spring AI 处理上下文。
                .defaultAdvisors(
                        new MessageChatMemoryAdvisor(new InMemoryChatMemory())
                )
                // 实现 Logger 的 Advisor
                .defaultAdvisors(
                        new SimpleLoggerAdvisor()
                )
                // 设置 ChatClient 中 ChatModel 的 Options 参数
                .defaultOptions(
                        OpenAiChatOptions.builder()
                                .topP(0.7)
                                .build()
                )
                .build();
    }
    }

参数解析：

• MessageChatMemoryAdvisor：实现 Chat Memory 的 Advisor，用于管理对话上下文。
• SimpleLoggerAdvisor：实现 Logger 的 Advisor，用于日志记录。
• OpenAiChatOptions：设置 ChatModel 的选项参数，如 topP（采样策略）。

6. 测试验证

为了验证功能的正确性，我们进行以下测试：

6.1 图片处理功能测试

测试步骤：

1. 发送 GET 请求至 /api/image，携带提示文本参数。
2. 检查响应结果是否符合预期。

测试结果 ： 假设请求 URL 为 http://localhost:8080/api/image?prompt=这是一张什么照片？，响应结果如下：

{
    "result": "这是一张在海滩上拍摄的照片，照片中有一个人和一只狗。"
}

6.2 视频帧提取功能测试

测试步骤：

1. 调用 FrameExtraHelper.createMediaList(10) 方法，提取 10 帧图片。
2. 检查返回的 Media 列表是否正确。

测试结果 ： 成功返回 10 个 Media 对象，每个对象包含一张视频帧图片。

7. 总结

本文详细介绍了 Spring AI Alibaba ARK Multi-Model 的实现原理、架构设计以及关键参数的配置和使用方法。通过具体的代码示例和测试验证，我们验证了项目的功能正确性和稳定性。希望本文能为读者理解和应用 Spring AI 和 Alibaba ARK 平台提供有价值的参考。

8. 参考资料

• Spring AI 官方文档
• Alibaba ARK 平台文档

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以上就是本次技术博客的全部内容，感谢阅读！如果有任何问题或建议，请随时留言交流。