2021数字科技前沿应用趋势

序科技无疑是经济增长、社会发展和美好生活构建的重要驱动力。刚刚过去的一年，突如其来的新冠肺炎疫情，对人类日常工作、生活等带来持续冲击。数字科技成为中国抗击疫情的一支“硬核”力量。我们看到，在“新基建”的帮助下，从消费互联网到产业互联网都在全面助力经济社会的复苏与增长，智能辅诊、远程会议、在线学习、云会展、互联工厂、无接触配送等新应用场景持续涌现，线上线下正在加速一体化，各类创新技术在各行各业快速渗透。这份《2021数字科技前沿应用趋势》报告，既有对AI、区块链、量子科技等通用技术领域的展望，也有对数字科技在医疗健康、交通出行等垂直行业创新应用的洞察。报告还指出，随着“上云用数赋智”的普及和产业互联网的发展，安全领域面临着全新的挑战和变革。与此同时，一个虚实集成世界正在越来越近地向我们走来。以互联网为代表的数字科技，正在走向一个新的临界点。随着新的软硬件和通信网络在不同场景的落地应用，人机交互模式和信息环境将可能产生颠覆性变革。互联网不再仅仅是虚拟世界的连接，它将致力于帮助用户实现全面真实的应用体验，创造出线上线下一体、虚拟与现实融合的“全真互联网”。半个多世纪以来，数字科技日新月异。伴随着从大型机到个人计算机（PC）、从 PC 到智能手机的演进，我们也从 PC 互联网发展到移动互联网。在移动互联网时代，消费互联网和产业互联网正在全面发展，这是我们走向“全真互联网”的基础。今天，我们奋战在数字产业一线的从业者，更需要努力学习，带着敬畏心为技术更新与产业变革做充足准备。科技是一种能力，向善是一种选择。科技发展的目的和最终归宿是以人为本，让人们过上更美好和幸福的生活。腾讯秉持“用户为本，科技向善”的使命愿景，就要与时代同呼吸，与国家共命运，推动科技创新去满足那些经济社会中的迫切需求，实现更高质量的发展，努力帮助每一个普通用户共享数字科技所带来的红利，助力更多人成为新一轮全球科技与产业革命的参与者和受益者。点亮新科技的火种马化腾 以智能技术为代表的数字经济已经成为经济发展的新动力、科技创新的新空间，并直接影响新的国家核心竞争力的形成。人工智能、全联网、大数据、云计算、5G、区块链等，正在加快融入各行各业，构成新的发展格局。进一步加强对未来科技发展和应用趋势的研判，部署前瞻性、战略性的重大应用方向，非常重要。物理世界和数字世界正在互相渗透，二者的边界逐渐趋于模糊，大大小小的智能物理系统将无处不在，人类有望进入一个万物智联、虚实共生和全真互联的新时代。在这个发展进程中，既需要注重产业生态的构建和协力推动，也更需要“科技向善”以更好地服务实体经济，让新技术的变量，成为经济高质量发展和全社会福祉民生的最大增量。原国家信息化专家咨询委员会常务副主任 周宏仁走过了举世难忘的 2020 年，新的一年究竟是延续百年未有之大变局还是柳暗花明又一村？ 2021 年国际形势仍然有很大的不确定性，但信息技术主导的科技革命与产业变革的趋势将更加明显，全球经济在疫情过后的复苏对经济社会的数字化、网络化和智能化有更高的期待。哪些技术应用将会引发新模式、新业态出现，从而对 2021 年及今后产业发展、民生服务、社会治理、国家安全等方面有重要影响？本报告对信息技术的发展及其可能的应用前景进行了预见分析，凝聚为十多个方面的有价值的应用场景。从趋势到现实离不开创新实践，我们要从新技术变量中开新局，转化为经济高质量发展的新动能。中国工程院院士 邬贺铨当今世界正面临百年未有之科技革命与产业变革。近年来，人工智能、云计算、大数据、5G、区块链、信息安全、沉浸式媒体、数字孪生等新兴信息通信技术的应用快速发展。量子科技、脑机接口等前沿领域取得了重要进展。更智能的产业互联网，更自然的人机交互，线上线下一体化、虚实共生的智慧互联网时代正在快速到来。这些基础研究、技术研发与应用领域专业技术深度融合的科技创新，正加速发挥着科技创新对推进国民经济、国计民生和国家安全等领域发展的乘数效应。本报告对近年来的科技应用趋势作了敏锐、深入、聚焦的前瞻预测与论述，它将积极推动我国科技创新更高质量的发展及其在我国现代化社会建设中的支撑引领与核心地位。中国工程院院士 李伯虎专家推荐 前言当今世界正经历百年未有之大变局，科技创新已成为关键变量。数字科技不仅是疫情下推动经济复苏的重要动力，也为人类应对长期发展挑战提供了新解法。面向未来，我们需要进一步转向创新驱动的发展，向科技要方法，在危机中育先机、于变局中开新局。站在下一个 5 年的起点上，全社会对数字科技既满怀期待，也在上下求索前行之路。为此，腾讯研究院发起了这样一个研究项目，先后访谈业界权威专家，以及腾讯公司 AI Lab、多媒体实验室、地图平台部、反病毒实验室、科恩实验室、量子实验室、Robotics X 实验室、腾讯云区块链、天衍实验室、未来网络实验室、希波实验室、云鼎实验室、优图实验室、自动驾驶实验室的负责人和科学家，对十四项前沿科技的发展方向、应用场景、落地难点和路径等进行预判和总结，形成《2021 数字科技前沿应用趋势》报告。我们看到，深度学习正在走向多模态融合，沉浸式媒体向更深度演进，产业区块链将推动数据要素的市场化，量子科技的算力有望得到进一步提升。在垂直行业，医疗 AI、数字生物标记物、脑机接口、5G-V2X、自动驾驶仿真、产业互联网地图等技术也在全面敲开应用的大门。随着更多的行业数字化、云化和智能化，安全将由“伴生”和“保值”成为“原生”和“增值”，并进入到人机协同的新时代。虚拟和真实世界的融通，正在开启一个全真化的数字世界。我们希望，通过每年发布这样的一份观察，尝试为探索数字科技的星辰大海提供一份导航图，让数字科技的变量转化为经济社会高质量发展的最大增量。受研究时间所限，报告难免有不足之处，恳望各界同仁予以指正。腾讯研究院院长 司晓 趋势 1深度学习走向多模态融合 1趋势 2沉浸式媒体向体验和场景的纵深演进 4趋势 3产业区块链推动数据要素市场化 6趋势 4脑机接口有望在康复领域先行突破 8趋势 5软硬融合推升量子算力 11趋势 6疫情按下医疗AI应用快进键 13趋势 7数字生物标记物照亮居家慢病诊疗 16 目 录趋势 8基于5G-V2X的“人车路网云”体系加速形成 19趋势 9仿真推进自动驾驶成熟步伐 22趋势 10新一代数字地图迈向实时智能泛在 25趋势 11云数据安全成为必选项 28趋势 12基于身份的微隔离护航云原生安全 30趋势 13AI推动信息安全告别手工业时代 32趋势 14虚实集成世界孕育新蓝海 35 深度学习走向多模态融合深度学习近年来持续成为产业热点，如计算机视觉已广泛应用于人脸识别、工业视觉、OCR 和视频内容理解等领域。当前，深度学习正从语音、文字、图像等单模态向多模态智能发展。即通过对听觉、视觉，甚至未来对嗅觉、味觉、心理等难以量化的信号开展多个模态的融合分析，将有效加强高阶认知技能的开发，推进深度学习从感知智能升级为认知智能。此外，多模态融合技术还可以实现对人体姿态、表情和功能等的模拟仿真，打造高度拟人化的数字虚拟人，创造全新的人机交互方式。1 随着算力的提升，数据的丰富，深度学习应用近年来实现了重大突破。机器通过大量数据的反复训练，提升了在不同感知场景中的“实用性”，助力产业智能化升级。深度学习主要包括计算机视觉、语音、知识图谱和自然语言处理等领域。以计算机视觉为例，目前已广泛应用于人脸识别、工业视觉、OCR、内容理解等应用场景。随着计算机视觉技术精度和成熟度的提高，正不断渗透到娱乐、医疗、新零售等更多重点应用场景，推动技术变革和用户体验提升。例如，在泛娱乐领域，以计算机视觉为基础的人脸检测、人脸关键点定位、人脸融合以及人像分割等 AI 视觉技术，通过对泛娱乐场景各类基础数据的挖掘整合，打造出多项泛娱乐人像特效应用，为泛娱乐行业用户提供各类新奇酷炫的 AI 视觉特效和娱乐体验。在抗击疫情方面，计算机视觉帮助进行口罩遮挡下的人脸检测；依托人脸比对和活体检测技术构建的全场景人脸核身解决方案，有效解决了用户远程实名制核身验证等难题。依托技术成熟和先发行业的经验积累，深度学习技术正在拓展到更广阔的产业领域，并通过搭建深度学习平台提速 AI应用开发，提高落地速度。同时，深度学习技术本身，也正在向多模态融合、认知智能、更安全和可解释的 AI 迈进。当前，深度学习正从语音、文字、图像等单模态向多模态智能发展。即通过对听觉、视觉，甚至未来对嗅觉、味觉、心理等难以量化的信号开展多个模态的融合分析，将加强高阶认知技能开发，推进深度学习从感知智能升级为认知智能。多模态融合技术还可以实现对人体姿态、表情和功能等的模拟仿真，打造高度拟人化的数字虚拟人，创造全新的人机交互方式。从端到端打通各个模态之间的关系，可以形成真正多维度交互的智能机器，从而增强对功能属性、物理关系、因果逻辑、动机预测等认知的逻辑推断，让感知智能升级为认知智能。此外，从应用安全出发，深度学习还需进一步提升面临对抗攻击时的防御能力。对抗攻击通过施加人类视觉或听觉无法识别的轻微扰动，就可以使正常训练的2 模型输出置信度很高的错误预测。在深度模型广泛应用的今天，随着对大型数据集的依赖越来越大，需要更多关注深度模型的脆弱性。很多高效的方法已经被提出，用于提升深度模型的可解释性和鲁棒性，特别是对现实物理场景的攻击和防御，是未来研究的重点之一。此外，面对深度合成等技术带来的潜在问题与风险，数字取证技术将有效遏制 AI 的滥用。近年来，大量的人脸编辑检测算法被提出，一定程度上遏制了 AI 技术的滥用，提升了人工智能的应用安全。但取证算法对未知伪造算法的检测能力还有待进一步加强。如何提升取证算法对不同人脸伪造算法的鲁棒性，也是未来研究的重点。3 沉浸式媒体实现了物理世界和虚拟世界的融合共生，被认为是改变未来生活和工作方式的颠覆性趋势之一。在 5G 和 AI 等技术推动下，沉浸式媒体正走向体验和场景的纵深化发展。更深度的沉浸式体验，主要体现在真实场景的 6DoF（Degree of Freedom）、更清晰和流畅的内容显示、多通道交互等方面。依托三维重建、压缩传输、近眼显示、渲染处理、感知交互等环节的技术产业化进程，沉浸式媒体将带来听视觉的逼真性、交互的流畅感和真实感升级。从场景看，沉浸式正从面向个人娱乐的消费类市场，深化发展到企业级市场的垂直行业。未来，随着 5G 的大规模普及，沉浸式媒体硬件及技术的进一步突破，制作成本的下降以及更多优质内容的开发，沉浸式媒体产品和服务将被主流群体广泛采纳，应用场景和商业空间将被全面激活。沉浸式媒体向体验和场景的纵深演进4 *3 自由度 (3DoF) 的 VR 视频中，用户的观看姿态只能通过 x 轴、y 轴和 z 轴上的旋转来改变，纯粹的平移运动不会导致不同的内容呈现。更深度的沉浸式体验将为 6 自由度 (6DoF) 提供支持，6DoF 支持旋转和平移运动，不仅允许用户改变方向，还允许用户在观察场景中移动位置，从而进一步提高沉浸感。沉浸式媒体能够提供真实与虚拟融合、可人机交互的环境，主要基于 VR（虚拟现实）、AR（增强现实）、MR（混合现实）等技术实现。沉浸式媒体在娱乐、文旅、教育、医疗、制造等领域有着广阔应用空间，被认为是改变未来生活和工作方式的颠覆性趋势之一。伴随 5G 商用部署的加快，叠加疫情带来人们宅家生活方式的转变，沉浸式媒体有望迎来新的发展机遇。当前沉浸式媒体正在走向体验和场景的纵深化发展。更深度的沉浸式体验，主要体现在真实场景的 6DoF*、更清晰和流畅的内容显示、多通道交互等方面。依托三维重建、近眼显示、渲染处理、感知交互等技术的产业化进程，沉浸式媒体将带来听视觉的逼真性、交互的流畅感和真实感升级。从应用场景来看，沉浸式媒体正在从面向个人娱乐的消费类市场深化发展到企业级市场的垂直行业应用场景。根据IDC 数据，2019 年 VR+ 垂直行业市场中，教育、零售、制造为 TOP3 行业，占比近 50%。疫情也为沉浸式媒体的垂直行业市场培育按下加速键，包括 VR 看房、VR 会展、VR 文旅等迎来升温