虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與熱點演進研究
——基于WOS數(shù)據(jù)庫的圖譜分析（2010-2020年）

王升輝

北京印刷學(xué)院 北京市 大興區(qū) 102600

前 言

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）是一門復(fù)雜的、多學(xué)科交叉互融的新興技術(shù)，研究的重點包括VR技術(shù)的突破與創(chuàng)新、VR技術(shù)的應(yīng)用，以及VR應(yīng)用的實踐等?；有?、沉浸性和共享性是虛擬現(xiàn)實的三個特征，近年來國內(nèi)外學(xué)者朝這個方向的研究趨勢越來越明顯。本文將文獻數(shù)據(jù)和VR相關(guān)信息轉(zhuǎn)化為可視化圖表，具體分析VR技術(shù)在近十年間的關(guān)注情況、發(fā)展趨勢和研究現(xiàn)狀，為其未來的研究熱點和發(fā)展方向提供新思路。

1 選題依據(jù)

1.1 研究背景

VR是美國VPL公司創(chuàng)建人拉尼爾在20世紀(jì)末提出的一項基于計算機科學(xué)的高新技術(shù)。在21世紀(jì)得到發(fā)展，其利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，給使用者提供關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者可以及時、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。VR技術(shù)可廣泛應(yīng)用于教育、建筑、醫(yī)學(xué)、游戲娛樂等眾多領(lǐng)域。

1.2 研究意義和目的

一方面，隨著新媒體技術(shù)的不斷成熟，追尋身臨其境的體驗感和沉浸式的交互感是新時代用戶更加渴求的方式，虛擬現(xiàn)實技術(shù)為人類實現(xiàn)這一目標(biāo)提供了可能；另一方面，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征與優(yōu)勢，除了沉浸感更好的仿真之外，更多的還是讓體驗者感受到平時接觸不到的場景和特殊體驗。因為有了沉浸式體驗和仿真的交互研究，共享式的傳播和選擇式地保留才有可能實現(xiàn)。用戶的體驗效果越佳，這種接受和傳播的速率便會越快，即虛擬體驗的潛力是無窮的。

2 數(shù)據(jù)來源

文獻來源于Web of Science（WOS）數(shù)據(jù)庫的核心合集（Web of Science TM Core Collection），該系統(tǒng)充分利用World Wide Web強大的檢索功能進行及時更新，其引文記錄所涉及的范圍廣泛。為了準(zhǔn)確檢索近十年以來VR技術(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)的文獻，通過高級檢索和人工剔除無關(guān)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式，最終以TS=（Virtual Reality*AND VR）NOT FO=Academy of Natural Sciences NOT FG=IRG-58-00*為檢索方式進行高級檢索，共檢索到891篇相關(guān)文獻。

3 研究方法

從WOS數(shù)據(jù)庫中下載文獻原始數(shù)據(jù)載入運算，在Cite space里進行轉(zhuǎn)換得到所需的樣本數(shù)據(jù)，再運用WPS的圖表編輯功能繪制出共被引文獻、關(guān)鍵詞共現(xiàn)、作者發(fā)文量等圖譜。本文主要使用了Cite space文獻計量可視化分析軟件。它是基于文獻計量方法——共引（共被引）而開發(fā)的，用于繪制各個領(lǐng)域知識圖譜的免費軟件。整合這一軟件的優(yōu)勢繪制科學(xué)知識圖譜，主要探究2010年到2020年間VR技術(shù)研究領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量、發(fā)展趨勢、研究熱點和演進路徑。

4 虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)可視化圖譜分析

4.1 年度發(fā)展趨勢

總體來看，2010-2020年間VR技術(shù)可視化領(lǐng)域出版的文獻數(shù)量呈上升趨勢，如圖1所示。根據(jù)每年的發(fā)文數(shù)量可將VR技術(shù)可視化研究分為四個階段，2010-2012年是下滑期，每年的文獻數(shù)量遞減，平均每年發(fā)布26篇；2012-2014年是回升期，發(fā)文數(shù)量逐年增多；2014-2015年又發(fā)生了轉(zhuǎn)折，發(fā)文數(shù)量相對減少；2016-2020年是突變期，發(fā)文數(shù)量明顯增多，雖然搜集了2020年近十個月的文獻數(shù)量，就目前數(shù)據(jù)來看，達到了峰值250篇。按照近十年的發(fā)展趨勢預(yù)測，2021年的發(fā)文數(shù)量也將持續(xù)走高，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示的趨勢，VR技術(shù)從2016年開始被人們越來越多的關(guān)注，這表明虛擬現(xiàn)實技術(shù)研究是一個新型的研究領(lǐng)域，將會受到更多的關(guān)注、投入更大的研究力度。

圖1 2010-2020年VR領(lǐng)域出版的文獻數(shù)量折線圖

4.2 研究領(lǐng)域分布

2010-2020年間，VR技術(shù)運用領(lǐng)域主要集中在計算機科學(xué)、工程學(xué)、神經(jīng)學(xué)、電子通信、科學(xué)圖像技術(shù)、教育學(xué)、心理學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域，如圖2所示。從圖中可以看出，計算機科學(xué)和建筑工程是VR技術(shù)的重點研究領(lǐng)域，因為VR技術(shù)是通過計算機建模來模擬虛擬的三維場景的一種交互方式，在空間上有擴展作用，可以讓用戶在空間上無限制地進行體驗，這也便于建筑行業(yè)更高效、更直觀地進行規(guī)劃設(shè)計。同時，從圖中可以看出，VR技術(shù)在圖像處理和電子通信領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越多。將VR技術(shù)與醫(yī)學(xué)和教育行業(yè)相結(jié)合也是近年來的一個熱點話題，不僅能夠減少治療過程中的風(fēng)險，更能提升醫(yī)生的專業(yè)水平；富含趣味性的VR交互實踐不僅提高了教學(xué)質(zhì)量，也讓學(xué)生更加積極主動地沉浸到學(xué)習(xí)的氛圍當(dāng)中。

圖2 2010-2020年VR技術(shù)涉及領(lǐng)域文獻統(tǒng)計圖

4.3 高頻次被引文獻分析

通過對2010-2020年間891篇文獻中被引頻次最高的十篇文章做計量分析，得到該領(lǐng)域最新的研究前沿，是探究演進脈絡(luò)和發(fā)展方向的重要參考依據(jù)。VR技術(shù)主要涉及therapy（治療）和rehabilitation（康復(fù)），也就是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其中，Saposnik，Gustavo和Levin，Mindy通過Meta分析，評價虛擬現(xiàn)實技術(shù)對腦卒中后運動功能改善的影響，確定VR是一種新型的神經(jīng)康復(fù)輔助治療技術(shù)。Bohil，Corey J和Biocca，F(xiàn)rankA一起合著的《VR技術(shù)在神經(jīng)學(xué)研究和治療方面的運用》為VR技術(shù)在神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域提供了新思路，VR創(chuàng)造了交互式的、多模態(tài)的感覺刺激，為神經(jīng)治療提供了有效經(jīng)驗。因此，VR在醫(yī)療領(lǐng)域，尤其是在神經(jīng)學(xué)、康復(fù)理療和心理療愈方面的特殊貢獻是不容忽視的。

2010-2020年VR技術(shù)可視化領(lǐng)域前十高發(fā)文量國外作者中Riva G發(fā)過9篇有關(guān)于VR技術(shù)的文章，如圖3所示。其主要對VR技術(shù)的實際應(yīng)用和相關(guān)領(lǐng)域的結(jié)合方面比較重視，從而發(fā)表的文章都是和實際生活息息相關(guān)的案例分析及研究。其他幾位作者的文章被引次數(shù)也較高，在學(xué)術(shù)研究上也有參考價值。

圖3 2010-2020年VR技術(shù)領(lǐng)域前十高發(fā)文量作者統(tǒng)計圖

5 研究熱點和發(fā)展前景

5.1 高頻關(guān)鍵詞

通過對891篇文獻中的關(guān)鍵詞進行降序排列，虛擬現(xiàn)實技術(shù)、VR新聞、VR教學(xué)和VR電影是VR可視化領(lǐng)域里的重點研究主題，如圖4所示。“VR技術(shù)”這一關(guān)鍵詞在891篇文獻中358篇都有提及，甚至是作為研究的主題被進行分析和研究，與這一技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用和實踐是主要內(nèi)容。同時，近年來VR領(lǐng)域也與相關(guān)行業(yè)進行融合創(chuàng)新，如旅游、教學(xué)、動漫游戲等，在豐富人類精神生活的同時，創(chuàng)造了無數(shù)休閑娛樂的新方式和新體驗。作為新媒體技術(shù)的代表元素，VR在當(dāng)今社會中的應(yīng)用價值和創(chuàng)新作用是與日俱增的，與多學(xué)科交叉融合的趨勢愈發(fā)明顯，VR技術(shù)的實際應(yīng)用潛力和學(xué)術(shù)價值都將是無窮的，亟待更多人士去密切關(guān)注和深入挖掘。

圖4 2010-2020年發(fā)表文獻中VR相關(guān)高頻關(guān)鍵詞詞云圖

5.2 虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)研究熱點

這十年期間，在VR技術(shù)研究領(lǐng)域中，發(fā)文數(shù)量最多的國家是美國和中國，如圖5所示。VR技術(shù)最先在美國產(chǎn)生，而后在中國迅速發(fā)展起來，這從側(cè)面反映出中國和美國對于發(fā)展VR技術(shù)的關(guān)注度是足夠高的，同時，也可作為將VR技術(shù)與其他領(lǐng)域進行結(jié)合的前沿模范。英國、意大利、韓國、日本等在這一研究領(lǐng)域的發(fā)文量相近，而土耳其，瑞士等國家對VR技術(shù)的關(guān)注度相對較低。通過這一圖表可推測VR行業(yè)的發(fā)展情況也與國家的綜合實力相關(guān)，不同國家的經(jīng)濟實力、行業(yè)分布、新興科技突破與運用以及長遠的發(fā)展戰(zhàn)略等都是影響VR能否在這個國家快速適應(yīng)性發(fā)展的重要影響因素。VR技術(shù)的研究熱點也將集中在提升國民物質(zhì)生活和精神享受、市場經(jīng)濟、科研創(chuàng)新等方面。

圖5 不同國家VR相關(guān)發(fā)文量所占比例圖

5.3 虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)研究方向

伴隨著5G時代的到來，通過近十年的文獻計量分析，VR技術(shù)不再局限于計算機行業(yè)，它也被運用于擴展空間和提升體驗感的建筑工程專業(yè)，如圖6所示。在這十多年的摸索和研究過程中，VR在科研領(lǐng)域和教育行業(yè)的實際應(yīng)用已有很多優(yōu)秀事例。同時，VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的運用與實踐更是學(xué)者和相關(guān)專業(yè)人員值得花精力和時間去細(xì)細(xì)揣摩的研究方向。VR技術(shù)對人類健康的影響包括VR跟治療、臨床輔助和醫(yī)學(xué)培訓(xùn)相結(jié)合，尤其在心理治療領(lǐng)域，如焦慮癥、注意力缺陷以及精神分裂癥也可以通過VR來虛擬特定的人或是特效來改善相關(guān)的一些癥狀，通過引導(dǎo)患者回憶曾經(jīng)熟悉的場景進行環(huán)境再現(xiàn)，從而克服恐懼、焦慮、懶惰和膽怯的心理弱點。

圖6 VR研究方向占比統(tǒng)計圖

結(jié) 語

通過對2010-2020年間的VR技術(shù)可視化領(lǐng)域891篇文獻的計量分析，利用Cite Space軟件繪制有效圖譜，VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用與貢獻將持續(xù)受到國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注，尤其是中國和美國期望在這一研究領(lǐng)域取得重大突破。利用VR技術(shù)的特征和優(yōu)勢，VR技術(shù)經(jīng)歷了從“實體環(huán)境”到“虛擬空間”的轉(zhuǎn)變，跨越了時間和空間的限制，達到了仿真模擬的效果，同時也帶動了相關(guān)行業(yè)的高速發(fā)展。目前，在元宇宙背景的影響和推動下，VR技術(shù)與其他行業(yè)的融合與創(chuàng)新的趨勢愈發(fā)明顯，這種文獻計量與可視化圖譜分析相結(jié)合的方式既梳理了VR技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、演變路徑和研究熱點，也對VR技術(shù)及其行業(yè)的發(fā)展前景提供新的思路和參考價值。