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刚刚,DeepSeek多模态技术范式公布,以视觉原语思考

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机器之心编辑部

虽迟但到,五一长假将至,DeepSeek 给大家公开新技术了。

昨天,DeepSeek 陈小康一个 X 消息,让大家开始关注 DeepSeek 的多模态。



之后,一些用户就已经可以在 DeepSeek 网页端和 App 上体验其多模态能力。

而就在刚刚,DeepSeek 在 Github 上正式发布了多模态模型,公布了背后的技术报告。



实打实的新鲜出炉!而且是开创性的推理范式。



  • 项目地址:https://github.com/deepseek-ai/Thinking-with-Visual-Primitives
  • 技术报告:https://github.com/deepseek-ai/Thinking-with-Visual-Primitives/blob/main/Thinking_with_Visual_Primitives.pdf

下面我们就基于 DeepSeek 这篇技术报告,具体看看 DeepSeek、北京大学、清华大学又创造了怎样的奇迹。

这篇论文名叫「Thinking with Visual Primitives(以视觉原语思考)」。它提出的问题,几乎击中了当前所有多模态大模型的软肋:这些模型能「看见」,但不一定能「想清楚」。

给一张密集的人群照片,问 GPT-5.4「图里有多少人」,它很可能数错。给 Claude Sonnet 4.6 一张复杂电路图,问「左边的红色电容在右边电感的左侧还是右侧」,它的回答往往语焉不详,甚至前后矛盾。这不是模型看不清图片的问题,而是模型在「思考」时根本抓不住它想谈的视觉对象。

DeepSeek 把这个问题命名为「Reference Gap」(指代鸿沟),并给出了一套完整的解法。

背景:「看清」和「想清」是两件事

要理解这个问题,先想象你在向一个看不见你屏幕的朋友描述一张复杂的棋盘布局。你说「左边那个棋子要吃掉中间偏右一点那个棋子」,然而对方根本不知道你在说哪两颗棋子。

这正是现有多模态大模型在推理时的处境。它们用自然语言构建「思维链」(CoT),但自然语言天生模糊:「左边那个大的」、「靠近中央的红色物体」,这些描述在密集场景里根本无法精确定位。模型的注意力在推理过程中逐渐「漂移」,越说越乱,最后得出错误结论。

学术界此前的应对方案,主要是让模型「看得更清楚」:对图片进行高分辨率切割、动态分块,确保模型能感知到细节。这解决的是「感知鸿沟」(Perception Gap)。

但 DeepSeek 的论文指出,感知能力再强,也代替不了精确的「指代能力」。「看见」和「能说清楚在说哪个」,是两件不同的事。

架构:站在 V4-Flash 肩膀上

这项工作以 DeepSeek 刚发布的 V4-Flash 为语言主干 —— 这是一个 284B 总参数、推理时激活 13B 参数的混合专家模型(MoE)。视觉编码部分则使用 DeepSeek 自研的 ViT(视觉 Transformer),支持任意分辨率输入。



值得注意的是,这支团队的核心贡献在于提出了一套完整的「训练哲学」:如何用极少的视觉 token,教会模型在推理过程中精确指代视觉对象。

核心创新一:把坐标变成「思维单元」

这篇论文最核心的思路,用一句话说就是:把点坐标和边界框(Bounding Box)变成推理的基本单位,像文字一样穿插在思维链里。

传统做法中,边界框是输出的一部分:模型先想清楚,再告诉你「目标在图片左上角坐标 [100,200,300,400]」。这是事后标注,不是思考工具。

DeepSeek 的做法不同。模型在推理过程中,每当提到一个视觉对象,就同步输出它的坐标:

「扫描图片寻找熊,找到一只 <|ref|> 熊 <|/ref|><|box|>[[452,23,804,411]]<|/box|>,它正在爬树,不在地面上,排除。再往左下看,找到另一只 <|ref|> 熊 <|/ref|><|box|>[[50,447,647,771]]<|/box|>,站在岩石边缘,符合条件。」

这就像人类在数东西时会用手指逐一点过去。坐标不再是答案,而是推理过程中消除歧义的「锚点」。模型的逻辑链被钉在图片的物理坐标上,不会漂移。

这套机制有两种「原语」(Primitives):边界框(<|box|>)用于需要定位和尺寸信息的对象;点坐标(<|point|>)用于更抽象的空间指代,比如迷宫探索轨迹或曲线追踪路径。

核心创新二:7056 倍的视觉压缩

另一个令人印象深刻的技术创新,来自架构层面的压缩。

对于一张 756×756 的图片,传统方案需要大量视觉 token 喂给语言模型。DeepSeek 的流程是这样的:图片先经过 ViT 处理,生成 2916 个图像块 token;再经过 3×3 空间压缩,合并为 324 个 token 输入语言模型;最后,内置在 V4-Flash 里的「压缩稀疏注意力」(Compressed Sparse Attention,CSA)机制,将 KV 缓存进一步压缩 4 倍,最终只剩 81 个视觉 KV 条目。

从原始像素到最终缓存条目,整体压缩比为 7056 倍。

这意味着,对于一张 800×800 的图片,这个模型只需要约 90 个 KV 缓存条目,而 Claude Sonnet 4.6 需要约 870 个,Gemini-3-Flash 需要约 1100 个。论文的论点是:精确的空间指代能力,可以在一定程度上弥补视觉 token 不足的问题。模型不需要「看更多」,而需要「指更准」。

核心创新三:冷启动数据的精心设计

技术创新的第三个维度,在于训练数据的构建方式。

团队首先爬取了近 10 万个与目标检测相关的数据集,经过两轮严格筛选(语义审核和几何质量审核),最终保留约 3.17 万个高质量数据源,生成超过 4000 万条训练样本。

在「思考与视觉原语」的专项冷启动数据上,团队设计了四类任务。

第一类是计数,分粗粒度(「图里有多少人」)和细粒度(「穿蓝色衣服的人有几个」)两种。对于粗粒度计数,模型学习「批量锁定」—— 一次性框出所有候选对象再数;对于细粒度计数,则学习逐一扫描、逐一核对属性。两种策略对应不同认知负荷,分别训练。



第二类是空间推理和视觉问答,大量利用 GQA 数据集(自然场景)和 CLEVR 工具链(可控合成场景)生成多跳推理样本,迫使模型在每一步推理时都用边界框锁定涉及的对象。



第三类是迷宫导航,共生成 46 万条样本。团队用 DFS(深度优先搜索)、Prim 和 Kruskal 算法生成矩形、圆形、六边形三种拓扑结构的迷宫,并专门设计了「表面可解但实际无解」的迷宫来训练模型的鲁棒性。模型需要用点坐标记录每一步探索轨迹,回溯时也要用坐标标记已排除路径。



第四类是路径追踪,共 12.5 万条样本。给定一张多条贝塞尔曲线相互交叉的图,要求模型追踪指定起点的曲线到达终点。关键挑战在于「交叉歧义消解」:两条线交叉时,模型必须判断哪一条才是目标曲线的延续,而不是用颜色取巧 —— 专门设计了所有曲线颜色相同的测试版本。



训练流程:「先分家,再合体」

后训练阶段,团队采用「先专家化,后统一」的策略。

第一步,用边界框数据和点坐标数据分别训练两个专家模型(FTwG 和 FTwP),避免两种模态在数据量较少时互相干扰。

第二步,对两个专家模型各自进行强化学习(RL),使用 GRPO 算法。奖励设计非常精细:格式奖励(输出格式是否正确)、质量奖励(LLM 评判思考内容和答案是否一致)、精度奖励(任务特定)三路并行。计数任务使用平滑指数衰减奖励而非二值对错,迷宫任务的奖励分解为五个子项(因果探索进度、探索完整性、穿墙惩罚、路径有效性、答案正确性),都是为了给模型提供密集而信息丰富的学习信号。

第三步,用两个专家模型的 rollout 数据进行统一的强化微调(Unified RFT),再从预训练模型重新初始化开始训练,得到统一模型 F。

第四步,用 On-Policy Distillation(在线策略蒸馏)弥合统一模型与专家模型之间的性能差距 —— 让学生模型自己生成轨迹,然后最小化其输出分布与专家分布之间的 KL 散度。

实验结果:在「最难的那类题」上超越 GPT-5.4

论文在 11 个基准测试上进行了评测,与 Gemini-3-Flash、GPT-5.4、Claude Sonnet 4.6、Gemma4-31B、Qwen3-VL-235B 等主流模型对比(所有 frontier 模型均通过 API 评测,使用统一提示词)。



结果概要如下:

  • 在计数任务上,该模型在 Pixmo-Count(精确匹配)上得分 89.2%,超过 Gemini-3-Flash 的 88.2%,大幅领先 GPT-5.4 的 76.6% 和 Claude Sonnet 4.6 的 68.7%。在细粒度计数上(DS_Finegrained_Counting),以 88.7% 超过 Qwen3-VL 的 87.2%,位居第一。
  • 在空间推理的多个基准上,整体表现与头部模型持平或略有超越,在 MIHBench(85.3%)和 SpatialMQA(69.4%)上均排名第一。
  • 最具代表性的差距出现在拓扑推理任务上。在迷宫导航(DS_Maze_Navigation)上,该模型得分 66.9%,而 GPT-5.4 为 50.6%、Gemini-3-Flash 为 49.4%、Claude Sonnet 4.6 为 48.9%—— 所有 frontier 模型都只能答对一半,而这个模型提升了约 17 个百分点。在路径追踪(DS_Path_Tracing)上,该模型 56.7% vs. GPT-5.4 的 46.5%、Gemini-3-Flash 的 41.4%,差距同样悬殊。

论文诚实地指出:「所有 frontier 模型在拓扑推理任务上均表现欠佳,说明多模态大模型的推理能力仍有相当大的提升空间。」

下面展示了几个定性示例:







局限与未来

论文没有回避几个已知的局限性。

  • 当前模型需要明确的「触发词」才会启用视觉原语机制 —— 它还不能自主判断什么时候该「用手指」。
  • 受输入分辨率限制,在极细粒度的视觉场景中,视觉原语的位置偶尔会不够精准。团队认为与现有高分辨率感知方案的结合是自然的下一步。
  • 用点坐标解决复杂拓扑推理问题,目前的跨场景泛化能力仍然有限。

结语:一种新的「思考姿势」

这篇论文的意义,不只是在几个榜单上拿了第一。

它提出的问题 ——「推理过程中语言指代的歧义性是多模态模型的根本瓶颈之一」—— 在此之前并不是学界的主流叙事。

主流的努力方向是更大的模型、更高的分辨率、更多的训练数据。这篇论文给出了另一条路:不是让模型「看更多」,而是让模型「指更准」,用坐标代替语言描述,用空间锚点稳定逻辑链。

从这个角度看,「Thinking with Visual Primitives」更像是在给多模态推理增添一种「思考姿势」—— 一种人类在处理复杂视觉任务时本能就会使用、但 AI 此前一直缺失的姿势:用手指点着想。

更多详情请参阅原论文。

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