張 博,高俊興,羅 軍

(1.吉林省科技資金運(yùn)行服務(wù)中心 綜合部,長春 130000;2.吉林省科學(xué)技術(shù)廳 辦公室,長春 130021)

0 引 言

2018年工信部提出“加快我國虛擬現(xiàn)實(shí)(VR:Virtual Reality )產(chǎn)業(yè)發(fā)展,推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用創(chuàng)新”的意見,虛擬現(xiàn)實(shí)是一種能創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)[1-5]。筆者基于中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫,采用科技文本可視化分析工具ITGInsight[6-8],探究我國自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)科技論文應(yīng)用研究熱點(diǎn)主題、未來發(fā)展趨勢和主題演化情況,為未來的虛擬現(xiàn)實(shí)的科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)參考和理論依據(jù)。

1 研究對象與方法

數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)期刊庫,檢索條件設(shè)置為,主題包括“虛擬現(xiàn)實(shí)”,并且資助項(xiàng)目為國家自然科學(xué)基金,檢索到文獻(xiàn)題錄數(shù)據(jù)1 573條(檢索日期2021年6月15日),通過對數(shù)據(jù)清洗及去掉不相關(guān)數(shù)據(jù),最終得到有效數(shù)據(jù)集1 566條作為研究對象。應(yīng)用Excel軟件和科技文獻(xiàn)分析工具ITGInsight進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)和可視化分析[9-12]。ITGInsight軟件是一款高級(jí)的科技文本挖掘與可視化分析工具,主要針對科技文本,如期刊論文、碩博論文、研究報(bào)告、報(bào)刊等進(jìn)行可視化的分析與挖掘,可視化挖掘方法有合著關(guān)系可視化、同現(xiàn)關(guān)系可視化、耦合關(guān)系可視化、關(guān)聯(lián)關(guān)系可視化、引證關(guān)系可視化、演化分析可視化,可視化輸出包括網(wǎng)絡(luò)圖、熱力圖、世界地圖、矩陣圖、演化圖和聚類圖[13-15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 總體趨勢分析

文獻(xiàn)數(shù)量趨勢一定程度上可以反映出虛擬現(xiàn)實(shí)研究領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顟B(tài)、熱度和趨勢。統(tǒng)計(jì)我國自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助的虛擬現(xiàn)實(shí)主題歷年文獻(xiàn)數(shù)量、累積文獻(xiàn)數(shù)量、文獻(xiàn)增長率(見表1和圖1),總體呈現(xiàn)遞增趨勢,1996-1998年數(shù)量增加較為顯著,2019年數(shù)量達(dá)到頂峰為124篇。數(shù)據(jù)說明虛擬現(xiàn)實(shí)主題目前處于成長期。

表1 我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)研究論文年份趨勢統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of annual trend of research papers on virtual reality supported by NSFC in China

圖1 我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)研究論文年份趨勢變化Fig.1 Trend of research papers on virtual reality funded by NSFC in China

2.2 機(jī)構(gòu)關(guān)聯(lián)和演化分析

1) 總體情況。我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主題機(jī)構(gòu)發(fā)文量及其占比,如表2所示,排名前5位的分別為同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院、東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院、北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、河南理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院、中國科學(xué)院大學(xué),發(fā)文量分別達(dá)到12篇、11篇、10篇、10篇、9篇。

表2 我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)研究主要機(jī)構(gòu)排名前20Tab.2 Top 20 research institutes of virtual reality funded by NSFC in China

2) 機(jī)構(gòu)科研合作分析。發(fā)文機(jī)構(gòu)合作關(guān)系(見圖2),圖2中節(jié)點(diǎn)大小與發(fā)文量成正比,節(jié)點(diǎn)顏色有3個(gè)深淺度分別表示署名第1、第2、第3及以后的論文文獻(xiàn)數(shù)量,圖2中連線粗細(xì)與合著數(shù)量成正比。從圖2中可以看出,合著關(guān)系不明顯。

圖2 我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)研究機(jī)構(gòu)合作分析Fig.2 Analysis on cooperation of virtual reality research institutions funded by NSFC in China

3) 機(jī)構(gòu)主題關(guān)聯(lián)分析。進(jìn)一步分析發(fā)文機(jī)構(gòu)的主題關(guān)聯(lián),計(jì)算發(fā)文機(jī)構(gòu)間的主題關(guān)聯(lián)強(qiáng)度,揭示發(fā)文機(jī)構(gòu)之間的主題競爭(見圖3),圖3中節(jié)點(diǎn)大小與發(fā)文量成正比,其中連線粗細(xì)與發(fā)文機(jī)構(gòu)之間的主題關(guān)聯(lián)強(qiáng)度成正比。節(jié)點(diǎn)標(biāo)注文字為該機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用最多的3個(gè)主題詞。從主題關(guān)聯(lián)角度看,1) 北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院、東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院、北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛工程學(xué)院、大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院、北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院、清華大學(xué)心理學(xué)系、廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院側(cè)重于虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬環(huán)境、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人和力反饋；2) 東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院、河南理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院、南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院、浙江大學(xué)CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室側(cè)重于虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)系統(tǒng)和摩擦力；3) 西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院、新疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院、吉林大學(xué)管理學(xué)院、成都中創(chuàng)五聯(lián)科技有限公司側(cè)重于虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、醫(yī)科大學(xué)、肝功能和三維重建；4) 同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院、中國科學(xué)院大學(xué)、南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室側(cè)重于虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、虛擬環(huán)境、計(jì)算機(jī)和結(jié)果顯示。

圖3 我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)研究機(jī)構(gòu)主題關(guān)聯(lián)分析Fig.3 Theme correlation analysis of virtual reality research institutions funded by NSFC in China

4) 機(jī)構(gòu)期刊交叉分析。發(fā)文機(jī)構(gòu)在發(fā)表期刊的分布情況(見圖4)。

圖4 我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)研究機(jī)構(gòu)與期刊矩陣Fig.4 Research institutions and journals of virtual reality supported by NSFC of China

同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院傾向于《計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用》、《實(shí)驗(yàn)室研究與探索》；北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室傾向于《中國科學(xué):信息科學(xué)》、《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)》；河南理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院傾向于《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》、《實(shí)驗(yàn)室研究與探索》、《煤礦安全》；中國科學(xué)院大學(xué)傾向于《計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)》。

2.3 期刊關(guān)聯(lián)和演化分析

統(tǒng)計(jì)發(fā)表期刊論文量及其占比如表3所示,排名前5位的分別為《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》、《現(xiàn)代電子技術(shù)》、《中國圖象圖形學(xué)報(bào)》、《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》、《計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用》,數(shù)量分別達(dá)到67篇、28篇、18篇、17篇和17篇。

表3 主要期刊論文數(shù)量表Tab.3 Number of papers in major journals

進(jìn)一步分析發(fā)表期刊的主題詞關(guān)聯(lián),計(jì)算期刊之間的主題詞關(guān)聯(lián)強(qiáng)度,揭示期刊之間的主題競爭(見圖5),圖5中節(jié)點(diǎn)大小與文獻(xiàn)數(shù)量成正比,連線粗細(xì)與期刊之間的主題關(guān)聯(lián)強(qiáng)度成正比。節(jié)點(diǎn)標(biāo)注文字為該期刊及其應(yīng)用最多的3個(gè)主題詞。從主題關(guān)聯(lián)角度看,《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)仿真》、《計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展》、《計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件》側(cè)重于虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、虛擬環(huán)境、真實(shí)感和關(guān)鍵技術(shù)；《計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用》、《小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》、《科技導(dǎo)報(bào)》、《中國科學(xué)》:《信息科學(xué)》、《微計(jì)算機(jī)信息》、《計(jì)算機(jī)應(yīng)用》側(cè)重于虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬空間、虛擬環(huán)境、可視化和計(jì)算機(jī)；《現(xiàn)代電子技術(shù)》、《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》、《實(shí)驗(yàn)室研究與探索》、《煤礦安全》側(cè)重于虛擬現(xiàn)實(shí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、真實(shí)感、傳感器和可視化；《中國圖象圖形學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究》、《工程圖學(xué)學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)工程》側(cè)重于虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)、關(guān)鍵技術(shù)和碰撞檢測。

圖5 我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)研究期刊主題關(guān)聯(lián)分析Fig.5 Subject association analysis of virtual reality research journals funded by NSFC in China

歷年主要期刊論文趨勢如圖6所示,2000年以前主要為《中國圖象圖形學(xué)報(bào)》、《軟件學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)》、《小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》、《工業(yè)工程與管理》、《計(jì)算機(jī)仿真》、《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》、《中國機(jī)械工程》、《工程圖學(xué)學(xué)報(bào)》、《宇航計(jì)測技術(shù)》；2001-2005年主要為《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》、《小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》、《系統(tǒng)工程與電子技術(shù)》、《中國圖象圖形學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)工程》、《計(jì)算機(jī)仿真》、《計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用》、《武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版)》、《西南民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》；2006-2010年主要為《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》、《微計(jì)算機(jī)信息》、《計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用》、《機(jī)床與液壓》、《計(jì)算機(jī)仿真》、《計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究》、《計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)》、《小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)》、《工程圖學(xué)學(xué)報(bào)》、《武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版)》；2011-2015年主要為《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》、《金屬礦山》、《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》、《北京生物醫(yī)學(xué)工程》、《煤礦安全》、《計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展》、《軟件導(dǎo)刊》、《中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志》、《云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》、《中國組織工程研究》；2016-2020年主要為《現(xiàn)代電子技術(shù)》、《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》、《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》、《實(shí)驗(yàn)室研究與探索》、《計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件》、《中國康復(fù)理論與實(shí)踐》、《中國科學(xué):信息科學(xué)》、《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)》、《科技導(dǎo)報(bào)》、《無線互聯(lián)科技》；2021年以后主要為《現(xiàn)代電子技術(shù)》、《醫(yī)學(xué)教育研究與實(shí)踐》、《中國圖象圖形學(xué)報(bào)》、《中國遠(yuǎn)程教育》、《計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展》、《煤炭科學(xué)技術(shù)》、《計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)》、《重慶醫(yī)學(xué)》、《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用》、《計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件》。

圖6 我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)研究期刊演化分析Fig.6 Evolution analysis of virtual reality research journals funded by NSFC in China

2.4 主題關(guān)聯(lián)和演化分析

研究主題大體圍繞以下熱點(diǎn)詞進(jìn)行：1) 主題聚類顯著的虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、關(guān)鍵技術(shù)、真實(shí)感和數(shù)字化；2) 虛擬環(huán)境、機(jī)器人、碰撞檢測、力反饋和動(dòng)力學(xué)；3) 計(jì)算機(jī)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、虛擬空間和多媒體；4) 有效性、可行性、仿真技術(shù)、傳感器和體系結(jié)構(gòu)；5) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)、個(gè)性化、教學(xué)效果、實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)系統(tǒng)。

主題演化分析作為新興趨勢探測方法之一,有助于了解領(lǐng)域主題產(chǎn)生、消亡、增強(qiáng)、減弱、聚合和裂變的過程,在文獻(xiàn)分析中廣泛應(yīng)用,也得到眾多研究者的關(guān)注。繪制主題詞演化圖如圖7所示。

圖7 我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)研究主題聚類圖Fig.7 Clustering map of virtual reality research topics funded by NSFC of China

2000年以前主要為虛擬現(xiàn)實(shí)、測量機(jī)、可視化、虛擬環(huán)境、關(guān)鍵技術(shù)、分布式、計(jì)算機(jī)、故障診斷、多媒體和層次模型；2001-2005年主要為虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、機(jī)器人、虛擬環(huán)境、計(jì)算機(jī)、關(guān)鍵技術(shù)、虛擬空間、數(shù)字化、可行性和膝關(guān)節(jié)；2006-2010年主要為虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、虛擬環(huán)境、碰撞檢測、計(jì)算機(jī)、關(guān)鍵技術(shù)、仿真技術(shù)、數(shù)字化、實(shí)時(shí)性和三維空間；2011-2015年主要為虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、機(jī)器人、力反饋、虛擬環(huán)境、碰撞檢測、動(dòng)力學(xué)、不對稱性、操作者和數(shù)字化；2016-2020年主要為虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、機(jī)器人、虛擬環(huán)境、人工智能、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)和數(shù)字化；2021年以后主要為虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、碰撞檢測、功能障礙、博物館、工作面、機(jī)器人、數(shù)字化、對照組和學(xué)習(xí)效果。

圖8 我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)研究主題演化分析Fig.8 The evolution of the research topic of virtual reality funded by NSFC

3 結(jié) 語

對我國自然科學(xué)基金資助虛擬現(xiàn)實(shí)科研論文特征進(jìn)行定量和定性分析,通過構(gòu)建機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)、主題關(guān)聯(lián)、時(shí)間演化的二維分析,結(jié)合期刊關(guān)聯(lián)和演化分析、主題關(guān)聯(lián)和演化分析,分析結(jié)果總結(jié)如下：虛擬現(xiàn)實(shí)科研處于快速發(fā)展期,預(yù)計(jì)“十四五”期間還會(huì)持繼增加；同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院、東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院、北京航空航天大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)影響力最大；系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)、現(xiàn)代電子技術(shù)、中國圖象圖形學(xué)報(bào)3種期刊論文數(shù)量最多；研究主題主要涉及有虛擬現(xiàn)實(shí)、可視化、關(guān)鍵技術(shù)、真實(shí)感、數(shù)字化等研究熱點(diǎn)；研究主題變化,虛擬現(xiàn)實(shí)一直處于熱點(diǎn)主題,后期出現(xiàn)了可視化和機(jī)器人等新的關(guān)注點(diǎn)。