视觉谜题(Visual Puzzles):看图回答问题需要哪些常识——模型的常识推理能力

你觉得自己常识好吗?来回答一个问题:一个人走进超市,拿了一袋猫粮,走向收银台。他接下来最可能做什么?答案是付钱。这件事没人专门教你,三岁小孩看一眼就知道。但一个只学过图片识别的AI,可能会盯着猫粮袋上的猫图片发呆半天——因为它不知道“买东西要付钱”这条常识。

AI technology illustration

把同样的逻辑搬到图像上,就是视觉谜题(Visual Puzzles)想考的东西。给定一张图,模型不只被要求说出“图上有什么”,还得回答“这个人在干什么”、“为什么要这样做”、“接下来会发生什么”。这些问题对人不费吹灰之力,对机器却是深不见底的坑。

我最早以为,这类问题只要把图片识别做得足够好,再搭配一个聪明点的语言模型,就能轻松拿下。毕竟你都能看清画面里的一切了,还答不上来吗?直到我翻到视觉常识推理(Visual Commonsense Reasoning, VCR)项目主页和论文里的错误示例,才意识到自己天真得可爱。

VCR是目前最有代表性的视觉谜题基准之一。它从电影剧照中收集了11万张图片,让标注者针对每张图片提出一个关于人物行为或意图的问题,并给出四个候选答案,同时要求写出理由。整个数据集包含29万个问答对。我举个例子:图片里一个男人站在厨房水池前,手放在水龙头下,旁边放着一块肥皂。问题是:“他刚才在做什么?”正确答案是“洗手”。这个答案并不难,但模型需要理解“肥皂+水+手”的组合,并推断“他可能刚上完厕所”这种隐藏原因。画面里根本没有厕所,也没有“刚刚上完”的视觉证据,这全靠常识补全。

你可能会问:模型不是看过海量图片吗?它难道没见过几百张“人在水龙头下洗手”的照片?问题恰恰在于,常识不是从单张图片里能看出来的。图像只呈现结果,不呈现原因。模型能看到肥皂、水、手,但看不到“为什么会发生这个动作”。而常识恰恰是那个“为什么”。

VCR把任务拆成了两层:第一层是从四个选项中选正确答案,第二层是生成一句理由来解释为什么选它。模型必须同时完成两层,才算真正理解。这比传统的VQA(视觉问答)VQA数据集要求高得多——VQA可能只需要回答“他在做什么”,VCR则要求你回答“他为什么这么做”。

那模型要回答这些谜题,到底需要哪些常识?我梳理了一下,至少包含下面四类:

  • 物理常识:物体掉落会向下,碰撞会反弹,水会流向低处。图像里没有这些定律,但答案往往依赖它们。
  • 意图常识:人做事有目的。看一个人跑步,能推断他在锻炼还是赶公交,全靠对日常行为的理解。
  • 社会常识:超市要排队付钱,去别人家要先敲门。这些社会规则不会画在物体表面,却是很多问题的隐含前提。
  • 场景语义常识:猫粮通常在宠物区,滑雪板通常与雪地相伴。这类“什么出现在哪里”的统计关联,是模型最容易学会的,但也是最容易翻车的。

物理常识的效果最直接。假如一张桌子上放着苹果,旁边是桌沿。问“苹果掉下桌后会发生什么?”正确答案是“掉到地上”。但一个从来没有重力概念的模型,可能会从训练数据里学到“苹果在桌子上”这一静态画面,于是回答“苹果还在桌子上”。它把世界当成了定格动画里的布景,而没有动力学的概念。

听起来不难,对吧?但VCR论文里有一个极其反直觉的结论:人类在测试集上的准确率高达85%,而当年的最好模型只有65%左右。更尴尬的是,模型答错时往往自信满满,给出的理由条理清晰却荒诞不经。比如面对“为什么这个人手里拿着锤子”,模型可能会答“因为他喜欢锤子”——这完全是在用统计频率糊弄事。

能力维度 人类准确率 VCR 2019最佳模型
物体识别 ~95% ~95%
意图推断 ~90% ~60%
反事实推理 ~80% 几乎为零

注意最后一行。反事实推理,就是回答“如果……会怎样”的问题。比如“如果这个人没带伞,他下一步最可能做什么?” 模型完全蒙圈,因为它只能在已有数据里找模式,而训练数据里很少会出现“不发生的事件”。事实上,OK-VQA数据集专门收集那些必须借助外部世界知识才能回答的问题,这个基准上模型的分数比人类低了30多个百分点。

我曾在一次测试里看到这样的案例:一张图里有个小女孩骑在自行车上,旁边有一根骨头。问“如果一只狗跑过来,孩子最可能怎么做?”模型回答“把骨头扔给狗”。这表面看起来合理,但其实没有任何视觉线索支撑——模型只是学会了“孩子和狗同时出现时,往往会发生友善互动”的统计规律。如果场景换成“一条鲨鱼游向游泳者”,模型还会套用“友善”吗?大概率不会。

到这里,你可能已经理解视觉谜题的核心矛盾了。那我来澄清三个最常被误解的说法。

误解一:模型答错是因为“没看清”图像

事实是,VCR中有很多问题即使把关键物体的位置直接告诉模型,它依然答错。原因在于你需要做的是在脑内补全因果链,而不是看更多的像素。视觉常识推理的瓶颈在推理层,不在感知层。

误解二:常识就是统计规律

统计规律只会告诉你“A和B经常一起出现”,不会告诉你“A导致B”。尤其是在反事实场景下,统计规律完全失效。如果你给模型展示“人摸到热水壶后缩手”的图片,它能学会“热水壶会烫伤人”,但它无法回答“如果水壶是冷的,他还会缩手吗?”——它没有因果模型。

误解三:多模态大模型已经能看图说话了,常识问题应该解决了

别急着下结论。像GPT-4V这样的模型,确实能把图片描述得非常细致,也能回答不少需要常识的问题。但在一些精心设计的视觉谜题上,它依然会犯低级错误。比如判断镜子里的字母是否翻转,或者推理一个被遮挡物体的形状,它经常抓不住重点。常识推理的终极考验是反事实——那些从未发生但在逻辑上可能发生的事件,这类样本在训练数据里极其稀有。

说到这,我想起自己真正想通的那一刻。之前我总以为,多模态大模型在视觉谜题上翻车,是因为视觉编码器不够强,没“看清”图里的细节。后来我发现,即便给模型提供完全正确的目标检测框,它依然会在“为什么”这类问题上答错。问题不在看,而在想。模型缺乏的不是像素,也不是一个物体清单,而是一个能把物体组织成因果链条的世界模型。

识别任务和视觉谜题的区别可以用一个比喻说明:识别是“看见下雨就说出‘下雨’”,视觉谜题是“看见地上湿漉漉,推断刚刚下过雨”。前者是像素到词语的映射,后者是事实到推断的跨越。这种跨越能力,需要模型学习因果关系,而不只是相关关系。

所以,视觉谜题这个领域,到底教会了我们什么?它逼着AI研究者承认一个事实:智能不只是感知,更是对世界运作方式的建模。一个只会把像素变成标签的系统,永远回答不了“为什么”。而要回答“为什么”,模型就需要学习更底层的因果规则——这是单纯堆数据和模型规模远远不够的。

我个人判断,未来真正能攻克视觉谜题的方向,不太可能是堆更多数据和更大模型,而是把常识以某种结构化的方式嵌入模型——比如结合物理引擎、事件知识图谱或者因果推理模块。这条路刚刚起步。对于今天的大多数AI来说,它们依然在靠“看起来像”来假装“想通了”。

所以下次你看到一个AI答对了图片里的问题,先别急着感叹它聪明。你可以追问它一句:“为什么?”——大多数情况下,它沉默的那一刻,才是它真实智力水平的体现。

一个小测试:测测你的常识

看这个场景:一个男人站在电梯门口,手里拿着一大束花。他在等什么?A. 电梯 B. 他的伴侣 C. 外卖。对人类来说,答案显然是B,因为有常识“一个人拿着一束花站在电梯门口通常是在等女朋友”。模型呢?它可能会选A,因为电梯门和按钮的视觉特征太强了。

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