持续加码基础研究，张正友成腾讯首位17级杰出科学家
最新更新时间：2021-01-11
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17 级是腾讯历史上最高的专业职级
作者 | 青暮
2021年1月8日腾讯宣布，腾讯Robotics X实验室及腾讯AI Lab负责人张正友博士成为腾讯首位17级研究员/杰出科学家，17级是腾讯历史上最高的专业职级。
荣获这一殊荣的张正友博士，领导创建了机器人实验室Robotics X，并致力推进人机协作的下一代机器人研究。目前Robotics X实验室主攻移动、灵巧操作和智能体等三大通用机器人技术的研究与应用，并聚焦于多模态移动机器人的研发。2020 年 11 月，Robotics X发布了可完成走梅花桩复杂挑战的四足机器人Jamoca及自平衡轮式移动机器人的两项新进展，向“打造虚拟世界到真实世界的载体与连接器”这一愿景继续迈进。
腾讯AI Lab在张正友的带领下，致力于全栈式的人工智能的基础研究和应用探索。在做原创性研究的同时，腾讯AI Lab还探索结合腾讯场景与业务优势的应用，其研发的农业AI iGrow系统、虚拟人技术、人脸识别系统、语音前端技术等已经在腾讯多个产品和业务中落地应用。
腾讯AI Lab的研究成果，不仅助力了腾讯自身的业务发展，也为产业升级和社会发展提供助力。2020年疫情期间，腾讯将AI技术应用于疫情防控及病理筛查等其它医疗应用，为抗击新冠疫情贡献了重要的技术力量。2020年11 月，腾讯云（莘县）农业数字经济产业基地开园，腾讯AI Lab研发的iGrow解决方案将在该基地得到进一步的研究和应用，AI 和物联网有望让农业更进一步摆脱靠天吃饭的传统模式，帮助农业生产效率实现质的飞跃。腾讯AI Lab研发的围棋 AI“绝艺”也在2020年与中国国家围棋队续约三年，帮助中国围棋事业的发展。
此外，腾讯AI Lab也在通过研究论文及开源项目与社区及广大开发者共享研究成果，并积极与高校、企业和研究机构合作，共同探索AI技术的更多可能性。
腾讯公司高级执行副总裁、技术工程事业群（TEG）总裁卢山在张正友博士的职级授予仪式上谈到：“正友老师荣升T17级，是腾讯历史上最高的专业职级，可以说是当之无愧的。‘学术有影响，工业有产出’这句话不仅是Lab的口号，更是一种技术人的情怀，当你老了，和小孩去聊的时候，就可以说这辈子不仅是在学术上很牛，我们在落地上也有值得骄傲的成就。”卢山还在授予仪式上承诺，会继续全力支持腾讯AI Lab和Robotics X的发展，“大家一定要对自己有信心，在张老师的带领下持续前行，向建成世界级实验室的目标迈进。”
不仅在腾讯带领团队取得了丰富的研究成果，张正友博士还是世界著名的人工智能和机器人科学家，在多个领域都有开创性的贡献。2013年，因为“张氏标定法”， 张正友了获得 IEEE Helmholtz 时间考验奖，这一摄像机标定法也在全世界被普遍采用。在国际顶尖会议和杂志上，张正友发表论文250余篇，论文引用次数51000多次，有超200项专利。
接下来，我们按照“世界”的概念来回顾Robotics X和腾讯AI Lab在张正友的带领下，于2020年取得的主要科学研究成果。
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虚拟集成世界
2020 年，张正友提出了虚实集成世界（Integrated Physical-Digital World，IPhD）概念。它将当前在 AI、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）领域的前景展望乃至互联网和物联网的思想进行了融合。在此基础上，一个通过互相交织和共同进化的软件与硬件、虚拟与现实、人与人工智能和机器人实现通用人工智能的愿景也跃然纸上。在虚实集成世界的框架下，现实虚拟化、虚拟真实化、全息互联网、智能执行体四大发展方向将成为腾讯 AI Lab 和 Robotics X 实验室未来发展的重要指导。
张正友曾经形象地描述了虚拟集成世界的体验：
试想一下，疫情过后的某天，你突然想去冰岛看极光。但如果真要去，办签证、坐车、过海关、坐飞机，还要隔离14天，等流程都走完，你的兴趣早没了。
但如果我们身处现在我要介绍的虚实集成世界，就都没问题。你可以安排你的虚拟分身，就是Avatar，去冰岛，看看美丽的极光，摸一摸当地的艺术品，甚至跟当地人自拍，再发个朋友圈什么的。
现实虚拟化
对于现实虚拟化，腾讯 AI Lab 2017年就开始研究，现在用30秒自拍视频，就能做一个你的3D形象，外形很逼真。
2020 年 10 月，腾讯 AI Lab 提出了一种基于 RGB-D 自拍视频创建高拟真度 3D 虚拟人的方法。这项技术的核心是 3D 人脸 Mesh 估计、高清纹理贴图及法线细节贴图的合成算法，实现了成本极低但速度很快的 3D 人脸合成——仅需手机拍摄的视频作为输入和 30 秒处理时间即可！
基于人类建模的虚拟人具有丰富的应用场景，首当其冲的是作为人类在虚拟世界中的化身（avatar），让用户能以自然的形象参与虚拟世界的各种互动。另外，这项技术还能用于数字祭奠，纪念已逝之人；还能让人类演员在动画或游戏中扮演角色（比如基努·李维斯在《赛博朋克2077》中扮演的 Johnny Sliverhand）等应用。
而在创造虚拟世界原生虚拟人方面，腾讯 AI Lab 开发的多模态虚拟人「 AI 艾灵」已于 2020 年 5 月与公众见面并于儿童节与青年演员歌手王俊凯和雄安孩子共同演绎了新歌《点亮》。现在，你也能在B站直播间观看艾灵 24 小时不间断卖力表演。
AI 艾灵是腾讯 AI Lab 多年来在视觉、语音、自然语言、人机交互等多模态方面的研究结晶。比如其采用的 DurIAN 语音合成框架融合了腾讯 AI Lab 在语音领域多年深耕的经验，其不仅能实现精准且稳健的语音合成，而且还能生成与合成语音同步的高质量人脸表情。
当然，最终极的现实虚拟化，可能是把人的一生都虚拟化，实现数字世界的永生，不过我们离这还远，现在还有很多技术要继续发展，包括高带宽、物联网等物理基础设施，算法模型、驱动系统、机器认知、高质量低成本的渲染等。面向这一目标，腾讯正在砥砺前行。
虚拟真实化
虚拟真实化的例子有很多，比如在游戏上，任天堂的《马里奥卡丁车》 能让你在家里的真实客厅里，开着游戏里的虚拟车和朋友比拼；在教育上，AR能用更形象生动的方式，教孩子们几何、天文和历史；在文旅上，腾讯与故宫、敦煌研究院一直在探索数字博物馆，未来可能会让你身坐家中，就神游到千里之外的敦煌石窟内，和具有千年历史的壁画亲密接触；在娱乐上，从初音未来到洛天依，AR能将虚拟偶像和真实舞台完美叠加，透过大屏幕或投影仪为观众呈现出一个梦幻与现实混合的三维奇观。
全息互联网
除了虚拟化和真实化，第三个技术点，是全息互联网。
张正友曾经在微软深入研究全息的重建、传送和渲染技术。这是全息技术和混合现实技术的组合，能把分布于世界各地的人、事、物同步“投影”到一起。一个在远程的全息的人，和一个真人在一起，互相对视和互动。除了三维视觉信息，空间音频也是其研究的一部分，我们能感受到声音来自空间的不同角度和不同位置。
现在在腾讯，张正友也开始研究触觉感知和力感知，也许不久以后会开始研究嗅觉和味觉。
这就像是一个虫洞，跨越了时间、地点、语言、甚至跨越虚拟和真实世界的界限，让所有人能进行更真实和更亲密的互动。就像周杰伦曾经和去世多年的邓丽君，跨越时空合唱《千里之外》，未来如果是跨越远距离的你和我，那想象的空间就更大了。
智能执行体
第四个技术点是智能执行体。
古代有个神话，是砍柴的人半路遇到下棋的童子，看了一会儿棋，一回神，手里的斧头已经腐烂，同时代的人也都没有了。这才有了“山中七日，世上千年”的典故。
在虚实集成的世界里，出现了穿梭于虚拟和真实之间，改变时间和游戏规则的智能执行体。
很多现实问题很难研究，要么需要很长时间、要么需要很高人力或资金投入、要么就是风险很大，这些问题包括气候变化、农作物生长、发现新的药物或治疗方法等。这时我们会用到模型，将真实问题建模到虚拟世界来进行研究。
4 月份，腾讯 AI Lab 开发的围棋 AI「绝艺」与中国国家围棋队续约三年。作为「教练」，绝艺能从对弈、复盘、拆解、分析等多个维度，为中国围棋事业的发展提供助力，与人类顶尖棋手一起探索围棋的更多可能。
立足于国民手游《王者荣耀》，腾讯 AI Lab 开发出了策略协作型 AI 「绝悟」。2020 年，通过开放挑战和职业竞技，腾讯 AI Lab 在复杂环境决策、多智能体合作与博弈以及策略预测与规划方面的成果得到了展现：
● 2020 年 5 月 1-4 日，「绝悟」首次向玩家大规模开放。在此期间，从职业玩家到游戏主播再到普通业余玩家，大量不同游戏水平的游戏玩家向绝悟发起了挑战，见识了绝悟在战术规划、玩家行为预测、多英雄配合等方面的能力。
● 8 月 18 日，腾讯牵头构建的 AI 多智能体与复杂决策开放研究平台「开悟」正式对高校开放，同时开启了首届「开悟AI+游戏高校大赛」。依托于腾讯 AI Lab 和「王者荣耀」在算法、数据（脱敏）、算力方面的核心优势，向学术研究人员和算法开发者开放的开悟致力于发展成为国内领先、国际一流的研究与应用探索平台。
● 11 月 28 日，「绝悟完全体」进入王者峡谷并在 28-30 日间开启了三天公众体验。不同于 5 月份开放的版本，完全体版本的绝悟解禁了全部英雄池，掌握了所有英雄的所有技能，同时其它多项策略也得到优化，相关已被 AI 顶级会议 NeurIPS 2020 与顶级期刊 TNNLS 收录。
除此之外，2020 年 12 月，腾讯 AI Lab 绝悟团队借助「开悟」平台开发的足球 AI 「绝悟-WeKick 版本」在 Google Research 与英超曼城俱乐部联合举办的足球 AI Kaggle 竞赛上获得冠军。
该竞赛使用 Google Brain 基于开源足球游戏 Gameplay Football 开发的强化学习环境 Google Research Football。这场 Kaggle 竞赛也是首场相关竞赛。不同于《王者荣耀》，足球 AI 比赛涉及到 11 个智能体的相互配合以及与另外 11 个智能体的对抗，同时奖励相比于 MOBA 游戏还更稀疏。
虽然都是 RTS （即时战略）游戏，星际争霸中需要控制多种不同类型不同数量的单位，这些单位又有各自的运动和攻击特点，因而动作空间更大、策略空间更丰富。腾讯 Robotics X 开源了首个通用的大规模多智能体博弈训练框架TLeague，并据此训练出能击败大师级选手的星际争霸强AI TStarBot-X。这个星际AI只使用了AlphaStar的50分之一的算力。
张正友表示：“四个技术点如果顺利发展，一个全新世界的大门就会向我们打开。但这会是一个跨国别、跨学科、最困难而又漫长的科学探索工程，需要技术人员持之以恒，砥砺前行。”
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机器人世界
自 2018 年在深圳建立以来，腾讯 Robotics X 机器人实验室一直在与腾讯 AI Lab 合作推进「AI+机器人」的发展。
2020 年 11 月，两项在移动机器人领域的新进展问世：一是让四足机器人 Jamoca 学会了走梅花桩，二是提出了一种能让轮式机器人自主平衡的新方法。
为了让 Jamoca 具备走梅花桩的能力，腾讯 Robotics X 实验室基于自研的机器人控制技术为 Jamoca 打造了一个能应对复杂环境的智能大脑。这个大脑让 Jamoca 能行走、小跑和跳跃，并赋予了它自主定位和避障的能力。这是腾讯 Robotics X 实验室在机器人感知以及运动规划与控制这些核心技术方向的一次能力展示，也显现了腾讯 Robotics X 实验室在整机系统设计与搭建方面的重要能力。
而在自平衡研究上，腾讯 Robotics X 研究了能自行保持平衡的两轮式移动机器人，这是腾讯 Robotics X 实验室的首个整机自研机器人。它在传统轮式移动机器人的基础上，增加了动量轮及其电机驱动系统，使得机器人可以在静止及行进状态下均保持平衡不倒。基于该移动机器人平台的两篇研究论文被机器人行业国际顶会 IROS 2020 接受为 Oral 展示论文。该项目可以视作腾讯在机器人的机械设计和整机系统设计与搭建方向能力上的一大里程碑。
移动机器人是虚实集成世界框架中「智能执行体」的核心组成部分之一，也是实现通用人工智能终极目标的重要途径。接下来，除了继续让移动机器人能以更高的精度理解周围环境并能及时采取合理动作，腾讯 Robotics X 实验室和腾讯 AI Lab 还会继续研究如何将多模态 AI 能力与机器人相整合，从而创造出能密切参与人类生产生活，甚至可作为人类的同事和朋友的智能机器人。
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现实世界
腾讯的研究成果并没有局限于实验室，还将其应用到了现实世界，为社会创造价值。
2020年 6 月，腾讯 AI Lab 与世界著名农业学府荷兰瓦赫宁根大学（WUR）联办的「第二届国际智慧温室种植挑战赛」落幕。复赛的五支队伍挑战用 AI 和 IoT 物联网等前沿技术优化种植决策，并远程自动控制温室种植小番茄。复赛队的五个 AI 收成均超过有20年经验的农业种植专家组，其中冠军组 Automatoes 得到满分，实现亩产资源消耗减少16%，净利增加121%，充分展现了农业智能决策与温室自动控制的技术价值，和为农民减负的未来潜力。
此外，腾讯 AI Lab 还携手腾讯TEG架构平台部借助在第一届比赛中自研的 AI 算法和技术经验打造的云原生「腾讯AIoT智慧种植方案 iGrow」在 2020 年已落地中国农业大省辽宁。第一期番茄试点迎来「小丰收」，每亩每季净利润增加数千元，iGrow 的商业价值得到了初步验证。
2020 年 7 月，钟南山院士团队与腾讯 AI Lab 联合发布了一项利用AI预测COVID-19患者病情发展至危重概率的研究成果，可分别预测5天、10天和30天内病情危重的概率，有助于合理地为病人进行早期分诊。该研究发表于国际顶级期刊 Nature 子刊 Nature Communications。同时，腾讯 AI Lab 也在第一时间开源了相关源代码并构建了一个免费的在线查询服务平台，为抗击新冠疫情贡献了自己的力量。
重症 COVID-19 患者早期分期的深度学习生存模型计算工具
2020 年 7 月，腾讯 AI Lab 重磅发布了首个 AI 驱动的药物发现平台「云深智药」。云深智药整合了腾讯 AI Lab和腾讯云在前沿算法、优化数据库以及计算资源上的优势，提供覆盖临床前新药发现流程的五大模块，包括蛋白质结构预测、虚拟筛选、分子设计/优化、 ADMET 属性预测及合成路线规划。
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持续探索基础科研
近年来，腾讯对基础科学和前沿科技领域高度重视，投入不断加码，在公司内部构建起前沿科技实验室矩阵，涵盖人工智能、机器人、5G、边缘计算、IOT、硬件和多媒体技术等关键领域，吸引了包括张正友在内的一批海内外知名科学家担任实验室的负责人。
几乎与公司的前沿投入同时，自2016年以来，腾讯公司董事会主席兼首席执行官、腾讯基金会发起人马化腾围绕着基础科学和前沿科技领域，以个人名义先后捐赠了中国未来科学大奖、美国科学突破奖以及西湖大学等项目。在腾讯成立20周年之际，由马化腾与北京大学教授饶毅，携手杨振宁等十几位知名科学家共同发起了“科学探索奖”，50位青年科学工作者获奖人将总计拿到来自腾讯的1.5亿元奖金。
此前马化腾在接受媒体采访时表示，“当前绝大多数互联网企业都是应用型的科技企业，未来这些企业都必须向技术驱动型的企业进化。腾讯会继续关注基础科研的探索，期望具备更前瞻的目光，看得更远。”
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