中國計算機界一年一度的頂級盛會 —— CNCC2021（ 中國計算機大會）將于 12 月 16-18 日在深圳拉開帷幕。InfoQ 極客傳媒已正式成為 CNCC2021 的戰略合作媒體。作為合作的一部分，《InfoQ 大咖說》與 CCF 聯合推出了高端訪談欄目《技術風云 | 對話 CNCC》。
《技術風云 | 對話 CNCC》高端訪談欄目將以直播對話的形式，從縱覽計算機發展的視角出發，特邀來自 CNCC2021 的頂尖專家學者、科技企業的技術領袖，圍繞 AI、數字化轉型、計算 + 、云計算、開源、芯片等前沿技術展開廣泛探討，帶來學術、技術、產業等全方位的深度解讀，推動計算領域創新技術更廣泛的傳播、討論和變革，幫助 IT 從業者開拓視野，緊跟時代。
11 月 8 日，InfoQ 和 CCF 聯合推出的大咖說欄目《技術風云 | 對話 CNCC》第六期直播開播。本期大咖說，我們邀請到了中科院計算所研究員、中科大數據研究院院長、CCF 理事、杰出會員、科普工委主任，同時也是 CNCC 2021 的講者 — 王元卓老師，來跟我們聊聊科幻電影中的人工智能。
以下內容節選自當天的分享，InfoQ 做了不改變原意的編輯：
InfoQ：首先請王老師與朋友們打個招呼，簡單做個自我介紹。
王元卓：大家好，非常高興能在咱們的平臺上與大家相會，今天晚上我們一起來聊一聊科幻電影中的科學，具體會聊到融入到我們生活當中方方面面的人工智能。
我本人目前在中國科學院計算技術研究所工作，從事大數據和人工智能相關方向的研究工作，同時也作為中國計算機學會科學普及工作委員會的主任，在推動計算機相關領域的科學傳播和科學普及工作。
今天我們所要分享的這些內容，其實也是我們將會在下個月的中國計算機大會（CNCC）上所進行的大會主旨報告的一些內容，提前跟大家做一個簡單的分享與交流，謝謝。
科幻電影與科學的關系
InfoQ：首先請王老師分享下您為什么會尤為關注科幻電影？
王元卓：我相信很多的網友朋友們都非常喜歡看電影，尤其是一些畫面宏大、故事情節吸引人、大開腦洞的場景，往往是這樣的一些科幻電影特別能夠吸引我們的關注，也會吸引很多的思考。
我是一個 70 后，在 80 年代初期的時候，電視剛剛進入很多家庭，我本人也通過黑白電視看到了當時的一些科幻大片，比如 ：經典的《星球大戰》，以及我小時候非常感興趣，而且印象深刻的《霹靂五號》，這個電影講述的是一個用履帶行走的機器人，有著大大的眼睛，而且有可以用來抓取物體的手臂。霹靂五號在電影當中的設定是被雷擊中后，擁有了一些智能化的能力，其中最讓我印象深刻的就是它可以在幾秒鐘的時間里，學會一本厚字典里面的內容。
這對于當時還在上小學的我來講，是非常可望的，所以當時就希望能夠通過能夠親手制作出這樣的機器人朋友，這也是促使我能夠開始學習計算機專業，進而進行人工智能研究工作的原因之一。總的來說，科幻電影對于我本人走上科學研究的道路，起到了很大的作用。
InfoQ：王老師作為科研工作者，能否從科研角度講述什么是科幻電影？科幻電影與真實世界的科學間有怎樣的聯系？
王元卓：談不上定義，因為我本身并不是研究電影的。從我們作為電影愛好者的角度來講，我個人認為科幻電影一定是建立在科學的基礎之上，以幻想性情景或假設為背景，在此基礎上展開敘事的電影。
所以科幻電影跟科學之間其實是有密不可分的聯系。我們一般情況下認為科學幻想是大開腦洞，更加寫意，是對未來的幻想，而科學研究一般來說非常嚴謹，更加寫實，這兩者之間好像是矛盾，但我們更應該知道，很多科學幻想跟科學的發展有著非常密切的關系。
當年的很多的科學幻想，在今天都已經成為了現實。就拿我剛才舉的例子，《霹靂五號》中的很多人工智能技術，包括當時它可以自如地跟人類進行對話，可以很快速的學習，通過眼睛觀看視頻，能夠識別物體、人、道路等，現如今我們身邊的智能化的音箱、智能監控的設備、智能導航等都可以實現。
所以科學幻想其實是對科學研究的發展方向起到很好的引領作用，當然科學研究的成果其實也是科學幻想的重要基礎。
InfoQ：您出版的《科幻電影中的科學》系列手繪得到了非常廣泛的關注，能否跟大家聊聊書中選擇的解讀電影是否有標準？創作的過程是怎樣的？
王元卓：說到創作契機，其實是一個非常偶然的機會，我本人一直從事科學研究工作，包括會指導博士、碩士研究生，會做產業化科學技術轉移方面的工作以及科學管理工作。
在 2019 年的時候，我和愛人帶著兩個女兒去電影院觀看《流浪地球》這部經典科幻電影，看完之后為了給女兒們講解當中的一些科學知識，畫了幾張簡單的手繪圖。手繪圖被朋友們發在了網上之后，引起了比較大的關注，當時有超過 1.5 億的網友朋友們進行觀看，有幾萬留言，其中就有網友朋友們留言道王老師能不能用給女兒們通過手繪講解科學知識的手段，讓更多的孩子都能夠從中學習到科學知識。這也就是《科幻電影中的科學》系列書創作的起因。
從 2019 年開始創作，到去年 6 月份正式出版第一本書《科幻電影中的科學之科學家奶爸》，其中選擇了《流浪地球》、《星際穿越》和《火星救援》三部我個人非常喜歡的描寫宇宙空間、時空旅行的科幻電影。每個電影選擇了 10 個知識點來通過手繪的方式為大家介紹，當時也是得到了非常多的網友朋友們的關注和認可。
今年這本書也是獲得了一系列的大獎，不止收獲了網友朋友們關注和認可，而且得到了很多專家院士及專業人士們的很高評價。
本系列的第二本書，跟今天要講的內容相關。在這本書當中我們選擇了三個科幻電影：第一個科幻電影是《鋼鐵俠》。我們通過它來講解人工智能中的知識圖譜、圖靈測試以及深度學習、機器學習等科學知識；
第二個科幻電影是《阿凡達》。我們通過它來講解腦機接口、異體控制、群體智能等科學知識；
第三個科幻電影是《頭號玩家》。如果對科技關注很多朋友們會發現現在元宇宙在網上非常多的熱評，什么是元宇宙？
其實《頭號玩家》中通過技術游戲化的手段來實現的一系列的場景，就是元宇宙的雛形，包括如何去實現這種虛擬化的社交，如何通過眼鏡、衣服運動的設備等穿戴，實現我們在虛擬空間中的人與人之間的交流。
所以這本書不但可以給青少年看，也可以給很多成年人看。在這里面選擇介紹的 30 個知識點，都是在我的專業領域里面經過精細的選擇而設定的，同時這本書也得到了包括中國計算機學會梅宏理事長等多位院士的推薦。希望這本書里面的人工智能知識能激發大家對人工智能的更多關注。
人工智能發展現狀
InfoQ：目前人工智能處在什么階段以及有哪些應用場景（可舉一些例子）？
王元卓：人工智能并不是一個新的概念，上世紀五六十年代，隨著電子計算機的興起，當時很多科學家認為人工智能的時代將來臨，從最早期的人工智能的程序可以去下簡單的棋類游戲，包括后面通過基于規則的方式，去實現簡單的人機對話等都是人工智能在歷史上發展的里程碑式事件。
比如說當年很多人印象深刻的，超級電腦“深藍”跟卡斯帕羅夫在國際象棋上的對弈，標志著人工智能可以戰勝人類棋手。近年來人工智能重回巔峰一個標志性的事件，就是 AlphaGo 在圍棋上戰勝人類頂級高手李在石。
人工智能在近些年得以快速的發展，其實是有三個重要條件：第一，近年來隨著互聯網的尤其是移動互聯網的大規模應用，網絡上出現了大量的數據，這也就是為什么在 2012 年前后有了大數據這樣的概念，有了大量的數據后可以讓機器學習模型去做訓練和學習，比如下棋，比如去做更精準的模型識別等；
第二，隨著深度學習模型的提出，我們在過去研究人工神經網絡的基礎上，引入深度學習的這種設計理念，讓模型的識別的準確率得到極大的提升；
第三，就是計算能力的提高，處理器芯片，計算機的效能達到了前所未有的高度，可以讓我們在很低成本就可以獲得非常高的計算能力，可以讓深度學習模型得以快速訓練，也得以讓大量人工智能應用，可以在很多終端設備上有非常好的運行。
這三個條件也是促進近些年人工智能快速發展的很重要的條件。
如果談到應用，我們每個人在生活當中都有或多或少的體會，我舉一個例子，我的小女兒現在上二年級，她現在每天早上起來第一句話就是“小度小度，今天幾度？” 然后根據小度的回答，她可以自己去選擇怎么穿衣服，這也能體現出人工智能現階段已經滲透在我們生活、學習、工作的方方面面，但是它還沒有真正實現沉浸式一些場景。
總而言之我認為我們各個方面都在向智能化發展，從早期的信息化到數字化，再到現在智能化的初級階段，很多應用都開始逐漸的智能，讓我們可以花更少的代價去獲得更優的選擇和結果，但我們也要看到當前的人工智能還是弱人工智能。
現階段的人工智能也只能在某些領域里面達到超出人們預期的水平，比如說前面講到的下象棋，玩某些電腦游戲等，當然這是個不斷探索的過程，比如智能駕駛等其實都是人工智能在工業上非常吸引人的應用，目前我們的學者也在積極探索中。
而所謂強人工智能，指的是未來有一天我們的生活當中充斥著大量的人工智能，人可能會被人工智能取代或者會被人工智能威脅等。我覺得這些未來也許會出現，但可能不是我們現階段作為科研工作者去考慮的。
InfoQ：在《鋼鐵俠》中，智能大腦賈維斯和鋼鐵俠的交互實際上正是人工智能中的人機交互技術，目前人機交互的發展方向都有哪些？與電影中的場景相比，還有哪些差距？
王元卓：漫威電影中有很多英雄，其中鋼鐵俠是一個非常科幻的角色。它之所以能夠跟眾多玄幻英雄比肩且不落下風，靠的就是我們所說的智能大腦。智能大腦，可以分為兩部分：一部分是智能大腦的中樞處理中心，先后有四代，其中第一代賈維斯最為出名；另一部分就是戰甲，戰甲可以跟智能大腦之間做良好的互動，通過數據的傳輸，做更好的判斷、更精準的打擊、更好的防御，這也是鋼鐵俠能夠戰無不勝的重要基礎。那么它用我們現有的科技手段能實現嗎？
其實在我們的書中，已經回答了這個問題，如果要去實現智能大腦的話，會分為以下步驟：
第一，擁有大數據獲取的能力。大數據獲取能力分為兩方面：一方面是在智能物端的獲取能力，換句話說就是智能物聯網，包括圖像數據、環境數據、氣候數據、位置數據等，第二方面是互聯網數據，眾所周知大數據這個概念最早提出就是因為有像 Facebook 等社交媒體在互聯網上產生了大量的數據；
第二，需要快速理解數據含義，并有效地轉化為結構知識，也就是通常所說的知識圖譜。如何把這種半結構化、非結構化等來源的異構數據轉化成結構化、計算機算法可以理解的知識圖譜非常的關鍵；
第三，需要將結構化知識進行有效地存儲和管理，我們可以稱之為數據大腦或者大數據處理引擎。主要探究如何在過億甚至過百億規模的知識中實現秒級甚至毫秒級查詢。用電影中場景舉例，鋼鐵俠飛到一個地方，需要迅速判斷多大范圍內有威脅，就需要從大量的數據中心判斷有價值數據，如果數據不能實時響應，很可能過程中被敵人擊敗，因此大數據處理引擎對于大數據的實時響應非常有必要；
第四，需要快速計算和分析。計算和分析往往是需要建立在強大的計算能力的基礎上，所以我們希望出現超高性能計算機，能夠做到讓大規模的計算能夠實時響應；
第五，需要讓智能算法在計算機上運行，也就是擁有算得更快更聰明的設備。在這些設備上可實現人機對話、自然語言處理、生物信息計算等；
第六，還需要遠程傳輸這個重要“武器”，這個“武器”可能會是 5G 或者是未來的 6G，來進行語音通信或者其他命令式通信，最終實現智能鎧甲與智能大腦間的通信。
InfoQ：說到《頭號玩家》，不得不提到今年大火的概念“元宇宙”，您認為元宇宙是否還很遙遠，實現元宇宙首要解決的技術難點有哪些？
王元卓：首先元宇宙還不是一個嚴格意義上的學術概念，或者說，在科研領域里，它還并不是一個被確定的研究方向，只能說是人類發展的一個愿景。
元宇宙它是一個虛擬現實的世界，類似于我們的平行空間，與我們生活的空間一樣，它可以有人、家、小區等等場景，人們在平行空間里面也可以正常的生活交流，做各種各樣的社交行為。
要達到這樣的一個平行空間：第一，需要很高水平的場景渲染技術，可以讓我們在其中通過各種方式來設定長相、家庭、技能水平等，提供一個更加沉浸式場景；第二，需要好的體感設備，能讓我們感知冷熱、酸甜苦辣等各種感覺；第三，需要能捕捉我們的各種表情并實時同步在元宇宙中。
這就需要一系列技術手段，無論在硬件的裝備、軟件的算法以及傳輸方面等都需要增強，除此之外還有重要的兩點：第一，需要有足夠多的人在上邊交流，才能形成“宇宙”的概念，足以讓我們有沉浸式的體驗；第二，一旦形成元宇宙，就成為一個社會，意味著需要遵循法律、秩序等，所以需要做各個方面的管理及有效機制的制定。
因此，總的來說，我認為元宇宙不僅僅只是一個技術手段問題，更是一個方方面面的載體。大家可以看到《頭號玩家》中的虛擬游戲設定已經很科幻了，但其實其中的場景也只是所謂元宇宙的初級階段，如果真的要實現元宇宙的愿景，我們還要解決技術、社會、法律等各方面的問題。
InfoQ：電影《阿凡達》中所展現的利用意念操控阿凡達，實際上是腦機接口技術，目前腦機接口研究到了怎樣的水平，腦機接口實現工業應用面臨怎樣的難題？
王元卓：我和大家聊聊我個人的理解。腦機接口有很多種方式：第一，可以通過佩戴頭盔來采集腦電波，然后將腦電波通過某個裝置傳輸出去，腦電波的變化情況可以去實現某些操控。比如可以采集腦電波的特定情境下的數據，在我們冥想一個紅蘋果的情況下，就可以記錄此時的腦電波模式和特征，通過對模式和特征的學習可以控制遠處的裝置，甚至操控一些簡單的設備；第二，通過腦波控制。一方面腦波控制還需要比較全的腦電波的采集，單純帶一些小型采集器可能是不夠的，需要全頭部的觸點采集，這是一種侵入式的采集，會令人感到不舒服，另一方面，它具有非常多的不確定性，目前還沒有辦法去實現精準控制，因此它的應用領域相對會受到很大的限制。但是據我的了解，目前一些行動不便的人可以通過腦電波對輪椅輪椅做一些初步控制，這是已經實現了的。
我也相信，通過腦波來進行人工智能的控制，包括一些更復雜的控制，加以一些輔助手段，在不久的將來是會應用到很多特定領域里的。
InfoQ：在科研的角度來看，目前電影里哪些場景實際已經實現了，而哪些場景可能會在未來現實生活中實現？
王元卓：以《阿凡達》為例說一下，在電影中，我想大家還記得那棵靈魂樹，它可以通過觸須收集大量數據，潘多拉星球的動植物都可以通過這棵樹的觸須，將他們看到的信息以及感受到的數據都上傳到靈魂樹中，包括漫威人，他們可以通過自己身體的毛發去接觸樹的觸須來實現數據的下載。
所以大家由此場景聯想到現在很多城市都在做的智慧城市。現在很多的城市都會建大數據管理局，大數據管理局的關鍵作用，就是希望能夠把城市當中的各種數據都能夠統一起來，統一存儲、管理、分發，就能獲得更多有價值的信息，同時也能夠讓更多的用戶用起來。
比如說我們很多終端的老百姓，現在就可以通過手機的客戶端里面的一些功能來實現很多基本的操作。比如辦子女入學、養老社保，包括道路查詢、政務服務、信息服務、應急避險救災等，都可以通過終端來實現。
其實這就是電影在十幾年前一個很好的前瞻性的預示，我們現在可能還是需要手機來做，但未來數據的獲取會更加便捷，比如我們想了解周邊飯店，可能并不需要更多的設備，只需要通過手觸摸一下某一個物體，比如樹、墻，或者都不需要觸摸，只需要產生這個想法，信息就會自動進入到我們意識中，這種也是我們所說的未來的智慧城市。人類城市的發展，包括人類文明進一步進化之后，可能會出現這種形式的載體，這不僅預示了未來智慧城市發展的一個方向，也對我們很多智能化的場景的設定給予了很好的指引。
科學普及需要全民化
InfoQ：作為一個科研工作者，您堅持去做科普手繪，動力是什么？
王元卓：首先，近年來，從國家層面多次都在強調科學研究和科學普及要兩翼齊飛，因此作為一個科研工作者，我們可以深刻感受到全民科學素質對科學研究的價值。我們每年都會面試很多學生，在這些學生中我們發現可能有很多人分數很高，但是他們對很多最基本的科學知識以及一些最基本的科學思維方式，都沒有得到過系統的培養和訓練。
所以我們希望通過科學普及實現我個人的兩個期待：
第一，我希望能有更多的人關注科學，希望全社會都能夠去關注科學、熱愛科學、討論科學，只有這樣，全民的科學素養才能夠有提升。去年我們發布了全民科學素養的綱要，從中發現在這方面我們還有很大的提升空間，作為創新型社會，其實還要有很多工作要做。
在這個層面上，我也希望有更多的科研人員能夠加入到科學傳播、科學普及的工作中來，當然不會影響我們的主業，而是把我們對問題的深入淺出的理解講給大眾，這就是我的第一個期待；
第二，我希望孩子們有更多的時間能夠去了解科學知識。科學知識并不是為了應試而學，包括我有兩個女兒，我也很希望她們在家里會看跟科學相關的書籍，包括看科幻電影，以及平時去做一些科學實驗，能有更多機會來獲得計算機相關領域或者大數據人工智能方面的知識。雖然我并不強求女兒未來一定會做相關的工作，但是培養這種相關的科學思維和科學素養，能夠讓她們在面對問題時有更好的分析問題、解決問題的能力。
所以我同樣希望有更多的孩子們都能有良好的科學素養和科學思維的能力，也希望更多青少年們能夠對計算機相關的科學技術感興趣，作為計算機相關的從業者，我也希望在這個領域中的后備軍能夠有更好的素養，所以這也是我一直在做《科幻電影中的科學》系列手繪的原因。
我計劃在未來，完成十部經典科幻電影的科學知識講解，通過這十部科幻電影的講解，能讓大家觸類旁通，打開腦洞，讓更多青少年能夠了解計算機相關的知識，讓他們對計算機感興趣，也許他們將在上大學的時候選擇相關專業，這可以說是我作為計算機領域從業者的一個私心。
InfoQ：本次您受邀出席中國計算機大會唯一面向青少年和大眾群體的科普分論壇，給大家介紹下分論壇有哪些亮點值得關注？
王元卓：中國計算機學會去年正式成立科學普及工作委員會，我本人擔任工作委員會的首任主任，從去年開始也一直致力于推動中國科學計算機相關領域的科學傳播和科學普及工作。
第一，我們的工作委員會有五個工作組，其中有一個群星計劃組。群星計劃組希望能夠在全國范圍內培養和吸引聚集更多愿意從事計算機相關領域的科學傳播普及的專家學者，包括研究生，只要在某些方面有獨到見解，或者比較好的表達能力，都希望能夠吸納進群星計劃組的一員；
第二，科普視頻的制作。從去年開始我們就在發起并且組織中國計算機學會的科普視頻大賽，今年已經是第二屆，在今年的科普論壇上我們也會做最終的評選并進行頒獎和展映；
第三，科普圖書的創作。我們也在推動中國計算機學會推薦科普閱讀的書目，并希望每年都會遴選出優秀的科普圖書來推薦給大眾去閱讀。同時也會組織創作一系列的科普書籍，包括我本人現在發起并且策劃的《計算的三部曲》，講計算機發展的歷程、計算的世界以及計算在當前生活工作學習中方方面面的應用，包括計算的未來，我們可以通過科幻的方式來講解剛才我們說到的在近未來甚至遠未來場景下面，人工智能或計算機技術可能會有怎樣的發展。相關活動也都會在我們中國計算機大會兩個科普論壇上去做展示。
同時我們也邀請了面向大眾的計算機相關領域的科普專家來做報告，希望廣大沒有計算機基礎的大眾，包括青少年孩子們都可以從中收益，能了解到非常有趣的知識。所以也希望更多的朋友們能夠關注科普分論壇，大家可以在今天的視頻之后關注我們的官網，屆時通過我們的直播鏈接觀看，希望在當天與大家在線上相會。
InfoQ：本次中國計算機大會主題為“計算賦能加速數字化轉型”，對于主題您的理解是什么？實現數字化轉型還需要從哪些方面共同推進？
王元卓：近些年大家比較關注的數字經濟以及數字化轉型，都是說如何讓傳統的產業能融入更多的數字化手段。如何實現產業數字化和數字產業化，是我們在推動數字經濟發展當中非常重要的目標。
從各個角度來說，目前我國其實都需要更多數字化效益，通過引入更多人工智能大數據，更多數字相關的技術，通過引入新基建，5G 這樣的應用，能夠推動更多產業化的發展，讓更多的產業能夠轉到互聯網上，通過它為載體，推動更多的產業的發展。
近些年，很多科學技術都經歷了快速的發展，其中計算機相關技術或者我們前面所說的數字相關技術得到了迅猛的發展，信息社會，未來數字社會甚至發展到智能化階段，都可能會有大量產業經濟轉移到數字空間上來。
所以我們本次大會會有各個方面論壇，包括一些院士專家會從宏觀角度去做報告和講述，也有很多產業化專家，學術專家從數字化相關的各個領域去講述，當然也有面向大眾的、科普化的傳播和講述，衷心希望大家能夠關注中國計算機大會，也能夠從中國計算機大會中獲得不同角度的內容。
