智慧和空間的關系，既是哲學問題，也是涉及心理學、神經生物學、物理學等學科的科學問題。進入人工智能時代，人工智能技術改變了傳統的意識、智慧和空間的內涵，因而改變了智慧和空間的兩者關系和存在模式。

01 引言

在人工智能的前沿探索中，“空間智能”（spatial intelligence）和“智能空間”（intelligent space）是兩個相關卻存在相當差異的概念，代表了人工智能研究中兩條獨特的發展路徑，各自解決不同的核心問題，并影響著人工智能的研究方向和實踐。

其中，空間智能指的是人工智能系統感知、理解、推理和與特定維度空間及其關系進行交互的認知能力。這種能力使人工智能系

統能夠處理通過視覺所觀察的物理環境中物體的排列、定位和移動等信息。而智能空間，也稱為“智能環境”（intelligent environment），代表的是一種截然不同的研究方向，它所關注的是如何通過嵌入式技術來增強物理環境，從而創造出交互式和響應式的生態系統。

劉志毅所著的這本《空間智能》通過“維度革命”視角，梳理了空間智能技術的發展，探討了人工智能發展的內在邏輯。值得注意的是，本書中將技術分析與哲學思考融為一體，強調了空間智能是通向真正通用人工智能的關鍵一步。

02 空間智能

人類對于空間智能的研究，至少超過一個世紀。從 1880 年到1940 年，空間智能逐漸被理解為一種獨立、獨特的能力?？臻g能力主要通過對能力測試表現的因素分析來識別，并在需要解釋空間信息的職業中受到重視，如航空、工程和技術繪圖。人類學研究也認識到游牧民族和狩獵采集者中的空間智能，突顯了其進化意義。

空間智能包括幾個關鍵組成部分：

（1）空間感知，準確捕捉空間中二維形狀或物體的能力。

（2）可視化，想象和圖形表示視覺或空間概念的能力。

（3）心理旋轉，評估形狀或物體在操作后外觀的能力。

（4）空間關系，理解空間中物體之間關系的能力。

（5）空間定向，在空間中導航和理解自身位置的能力。

也有學者將“空間智能”解構為三個組成部分：吸收和理解視覺信息的能力、整體理解形狀的能力，以及識別視覺因素之間關系的能力。

現代神經科學研究有效推動了空間智能的研究，證明了大腦結構與空間信息處理能力之間的神經聯系。研究顯示，左側頂枕區域的損傷會同時導致（空間）信息綜合能力的受損，這一神經心理學證據突顯了空間智能的生物學基礎。

最近的研究集中在評估和發展人工智能模型中的空間認知。2024年引入的SPACE基準系統，評估了前沿人工智能模型中的空間認知，測試大規模映射能力、關于物體形狀和布局的推理，以及空間注意力和記憶等認知基礎設施。這一基準的結果表明，“當代前沿模型在空間智能方面落后于動物，在一些經典動物認知測試中接近隨機水平”。

這表明當前人工智能在空間推理能力方面仍存在顯著差距。人工智能科學家李飛飛將空間智能確定為“人工智能的下一個前沿”，并表示“視覺空間智能是基礎的—它與語言一樣基礎……它比語言更古老”。人們越發認識到空間智能在推進人工智能能力方面的重要性。

03 智能空間

智能空間是具有嵌入式系統和信息通信技術的空間，通過創造交互式空間，將計算帶入物理世界并增強居住者體驗。智能空間即“高度嵌入式、交互式空間”，旨在“將計算帶入真實的物理世界，以支持傳統上被認為非計算活動的活動”。智能空間應用包括智能家居和建筑、智能指揮所、響應式客廳、支持殘障人士的環境和教育空間。

實現智能空間需要多個學科的融合，包括信息和計算機科學、建筑學、材料工程、人工智能、社會學、設計學等。其中，關鍵技術包括電子（微型化、功耗）、通信和網絡技術、智能材料和具有情境感知能力的智能代理。

智能空間的核心特征包括：

（1）嵌入信息和通信技術的物理環境。

（2）集成到物體、基礎設施和周圍環境中的傳感器系統。

（3）無縫使用計算來增強普通活動。

（4）使計算機對用戶基本上不可見。

智能空間的概念的出現比空間智能晚得多，約在 20 世紀末隨著計算技術的發展而出現?！爸悄芸臻g”一詞最初由彼得·德勒格（Peter Droege）于 1997 年提出。然而，其基礎思想可以追溯到科幻小說，如《2001 太空漫游》（2001: A Space Odyssey）中的角色HAL 9000 和《惡魔之種》（Demon Seed）中的角色Proteus。1991 年，計算機科學家馬克·維瑟提出了“普適計算”（ubiquitous computing）的概念，他認為計算可以被嵌入到日常物品和環境之中，這標志著一個重要轉變。1996 年，東京大學橋本實驗室開發了第一個關于智能空間的研究，其特點是一個配備了三維跟蹤傳感器和連接到網絡的移動機器人的房間。

04 人工智能推動空間智能和智能空間的融合

空間智能與智能空間的概念存在如下差異：

（1）自然與人工?？臻g智能是人類和動物固有的認知能力，而智能空間是人類創造的旨在增強人類體驗的人工制品。

（2）主體與客體。空間智能指的是智能體擁有的能力，而智能空間是智能體與之互動的空間。

（3）歷史時間線。空間智能被認可和研究的時間更長（自 20 世紀初以來），而智能空間主要是在 20 世紀末隨著計算技術的進步而出現的。

空間智能與智能空間之間也存在相互聯系：

（1）相互增強。智能空間可能通過提供新的方式與空間互動并理解空間，從而增強人類的空間智能。

（2）認知模型。智能空間的發展通?；趯θ祟惪臻g認知的理解，以創建更直觀的界面。

（3）信息處理。這兩個領域都涉及處理空間信息，并通過不同的機制（神經與計算）進行處理。

進入 21 世紀的第三個十年，因為人工智能的迅速發展和演變，空間智能與智能空間兩個領域，正展現出日益融合的趨勢：

（1）具身人工智能。能夠導航并與物理環境互動的人工智能系統，既需要擁有空間智能能力，又需要在智能空間中運作的能力。

（2）多模態學習。先進的人工智能模型越來越多地將視覺—空間理解與語言能力相結合，反映了人類認知所看到的整合。

（3）人機交互。智能空間的設計越來越注重與人類空間認知模式相一致的自然多模態交互。

特別值得注意的是，智能空間當前研究的重點是創建能夠找到擁有適當主動性和透明度水平且不會打擾用戶的系統。自我調整能力被認為是實現這一目標的關鍵，允許系統根據用戶在特定任務上的專業水平推斷其需求。因此，人工智能與智能空間的整合越來越必要。智能空間將從知識表示到計算機視覺等人工智能子學科中受益，若沒有它們則將受到嚴重限制。

05 量子力學對空間智能和智能空間的影響

量子力學的誕生和發展，不斷改變著人們對于空間的認知。1995年，美國物理學家愛德華·威滕提出的“M理論”尤其值得思考。根據M 理論，宇宙是一個十維空間，再加上時間維度，即十一維度。M理論希望通過融合弦理論、超引力和高維幾何的見解，將廣義相對論與超對稱結合，最終解釋所有物質與能源的本質與交互關系，以及宇宙最深層奧秘，成為“物理的終極理論”。

M 理論中的額外維度，通過緊致化（卷曲在極小尺度）加以隱藏。可見，M理論很可能更符合真實的物理世界。不僅如此，M理論與人們感受到維度是相通的，只是無法用傳統科學手段加以證明。但是，M 理論從提出開始至今，始終面臨著若干需要克服的基本問題：

（1）數學嚴謹問題。物理學家沒有能夠提出基本方程和原理。

（2）實驗證據問題。M理論的能量尺度超出了當前實驗技術的可達范圍，直接的實驗證明困難。

（3）緊致化與現實性問題。將額外維度緊致化以再現標準模型中觀察到的物理現象，需要做出復雜的選擇和假設。

當威滕提出M 理論框架的時候，他也沒有對“M”的內涵有過確切的解釋，他認為M 可能代表“魔法”（magic）、“膜”（membrane）或者“神秘”（mystery）。現在，伴隨人工智能技術的突破，人工智能作為實現物理世界的引擎，模擬和展現具有數學模型支持的十一維空間，幫助人類自然智慧達到并進入高維度空間，并讓高維度空間智能化，最終重構空間與智慧的關系，實現空間智能和智能空間的一體化，完成物理空間和智慧空間的融合。

06 本書內容特點和局限

《空間智能》一書在內容上有三個顯著特點：

（1）通過維度框架幫助讀者理解人工智能的發展歷程。作者從零維的符號主義到一維的連接主義，再到二維的卷積網絡，最終探討三維及更高維度表示的可能性。這種宏觀理論框架有助于讀者把握技術發展的本質和方向。

（2）融合認知科學、神經科學、計算機科學等多領域知識，在技術原理和哲學思考之間取得了較好的平衡。例如，作者引用神經科學中的位置細胞和網格細胞研究成果，將其與人工智能發展聯系起來。特別是書中對神經輻射場（NeRF）、擴散模型、圖神經網絡和量子計算等前沿技術的分析，既有深度又有廣度，不僅介紹了這些技術的工作原理，還深入探討了它們對認知方式的革命性影響，以及它們之間的內在聯系。可貴的是，本書注意到和描述了空間智能和智能空間領域的融合發展現狀和趨勢。

（3）哲學思考。例如，以柏拉圖洞穴進行比喻的現代詮釋，以及通過擴散模型闡述對現實本質的哲學啟示等。這種將技術與哲學思考緊密結合的方式，能夠啟發讀者更多思考。

當然，本書仍然存在一些內容和表達的局限，如：

（1）技術討論的深度。本書涵蓋了多項前沿技術，但對于某些技術的數學原理和實現細節

的探討仍不夠深入。對于希望獲得詳細技術實現指導的讀者來說，需要配合更專業的技術書籍一起閱讀。

（2）理論框架的復雜性。本書的理論框架新穎而復雜，引入相當數量的抽象概念，不同于以實例為核心內容的人工智能入門書籍。所以，本書讀者需要具有一定的學術偏好和專業基礎。

07 小結

隨著空間智能與智能空間的融合發展，我們正在迎來人工智能的新時代。今天，人工智能系統不僅能夠理解和操作三維空間，還能與增強的物理環境無縫交互，創造出前所未有的智能體驗。這種融合推動了技術的進步，也深化了我們對智能本質的理解，為實現真正的通用人工智能鋪平了道路。

正是在這一背景下，《空間智能》探索了空間智能的本質、發展和未來方向，為讀者提供了理解這一關鍵領域的全面視角。通過這本書，讀者將能夠把握人工智能發展的內在邏輯，理解空間智能在通向通用人工智能道路上發揮的關鍵作用，以及空間智能與智能空間融合所帶來的無限可能。