自然基金項目資助虛擬現(xiàn)實科研主題演化分析

張 博,高俊興,羅 軍

(1.吉林省科技資金運行服務(wù)中心 綜合部,長春 130000;2.吉林省科學技術(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(VR:Virtual Reality )產(chǎn)業(yè)發(fā)展,推動虛擬現(xiàn)實應(yīng)用創(chuàng)新”的意見,虛擬現(xiàn)實是一種能創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(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],探究我國自然科學基金項目資助虛擬現(xiàn)實技術(shù)科技論文應(yīng)用研究熱點主題、未來發(fā)展趨勢和主題演化情況,為未來的虛擬現(xiàn)實的科學研究提供數(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”,并且資助項目為國家自然科學基金,檢索到文獻題錄數(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軟件和科技文獻分析工具ITGInsight進行數(shù)理統(tǒng)計和可視化分析[9-12]。ITGInsight軟件是一款高級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、研究報告、報刊等進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

文獻數(shù)量趨勢一定程度上可以反映出虛擬現(xiàn)實研究領(lǐng)域的發(fā)展狀態(tài)、熱度和趨勢。統(tǒng)計我國自然科學基金項目資助的虛擬現(xiàn)實主題歷年文獻數(shù)量、累積文獻數(shù)量、文獻增長率(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)量達到頂峰為124篇。數(shù)據(jù)說明虛擬現(xiàn)實主題目前處于成長期。

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

圖1 我國自然科學基金資助虛擬現(xiàn)實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 機構(gòu)關(guān)聯(lián)和演化分析

1) 總體情況。我國自然科學基金資助虛擬現(xiàn)實技術(shù)主題機構(gòu)發(fā)文量及其占比,如表2所示,排名前5位的分別為同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院、東北大學資源與土木工程學院、北京航空航天大學虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室、河南理工大學電氣工程與自動化學院、中國科學院大學,發(fā)文量分別達到12篇、11篇、10篇、10篇、9篇。

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

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

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

3) 機構(gòu)主題關(guān)聯(lián)分析。進一步分析發(fā)文機構(gòu)的主題關(guān)聯(lián),計算發(fā)文機構(gòu)間的主題關(guān)聯(lián)強度,揭示發(fā)文機構(gòu)之間的主題競爭(見圖3),圖3中節(jié)點大小與發(fā)文量成正比,其中連線粗細與發(fā)文機構(gòu)之間的主題關(guān)聯(lián)強度成正比。節(jié)點標注文字為該機構(gòu)及其應(yīng)用最多的3個主題詞。從主題關(guān)聯(lián)角度看,1) 北京航空航天大學虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室、合肥工業(yè)大學計算機與信息學院、東南大學儀器科學與工程學院、北京理工大學機械與車輛工程學院、大連海事大學輪機工程學院、北京理工大學機械與車輛學院、清華大學心理學系、廣東工業(yè)大學機電工程學院側(cè)重于虛擬現(xiàn)實、虛擬環(huán)境、計算機、機器人和力反饋；2) 東北大學資源與土木工程學院、河南理工大學電氣工程與自動化學院、南京航空航天大學自動化學院、浙江大學CAD&CG國家重點實驗室側(cè)重于虛擬現(xiàn)實、可視化、實驗教學、教學系統(tǒng)和摩擦力；3) 西南交通大學地球科學與環(huán)境工程學院、新疆大學機械工程學院、吉林大學管理學院、成都中創(chuàng)五聯(lián)科技有限公司側(cè)重于虛擬現(xiàn)實、可視化、醫(yī)科大學、肝功能和三維重建；4) 同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院、中國科學院大學、南京師范大學虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室側(cè)重于虛擬現(xiàn)實、可視化、虛擬環(huán)境、計算機和結(jié)果顯示。

圖3 我國自然科學基金資助虛擬現(xiàn)實研究機構(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) 機構(gòu)期刊交叉分析。發(fā)文機構(gòu)在發(fā)表期刊的分布情況(見圖4)。

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

同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院傾向于《計算機工程與應(yīng)用》、《實驗室研究與探索》；北京航空航天大學虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室傾向于《中國科學:信息科學》、《系統(tǒng)仿真學報》、《計算機輔助設(shè)計與圖形學學報》；河南理工大學電氣工程與自動化學院傾向于《系統(tǒng)仿真學報》、《實驗室研究與探索》、《煤礦安全》；中國科學院大學傾向于《計算機學報》。

2.3 期刊關(guān)聯(lián)和演化分析

統(tǒng)計發(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)仿真學報》、《現(xiàn)代電子技術(shù)》、《中國圖象圖形學報》、《實驗技術(shù)與管理》、《計算機工程與應(yīng)用》,數(shù)量分別達到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

進一步分析發(fā)表期刊的主題詞關(guān)聯(lián),計算期刊之間的主題詞關(guān)聯(lián)強度,揭示期刊之間的主題競爭(見圖5),圖5中節(jié)點大小與文獻數(shù)量成正比,連線粗細與期刊之間的主題關(guān)聯(lián)強度成正比。節(jié)點標注文字為該期刊及其應(yīng)用最多的3個主題詞。從主題關(guān)聯(lián)角度看,《系統(tǒng)仿真學報》、《計算機輔助設(shè)計與圖形學學報》、《計算機仿真》、《計算機學報》、《計算機技術(shù)與發(fā)展》、《計算機應(yīng)用與軟件》側(cè)重于虛擬現(xiàn)實、可視化、虛擬環(huán)境、真實感和關(guān)鍵技術(shù)；《計算機工程與應(yīng)用》、《小型微型計算機系統(tǒng)》、《科技導報》、《中國科學》:《信息科學》、《微計算機信息》、《計算機應(yīng)用》側(cè)重于虛擬現(xiàn)實、虛擬空間、虛擬環(huán)境、可視化和計算機；《現(xiàn)代電子技術(shù)》、《實驗技術(shù)與管理》、《實驗室研究與探索》、《煤礦安全》側(cè)重于虛擬現(xiàn)實、實驗教學、真實感、傳感器和可視化；《中國圖象圖形學報》、《計算機應(yīng)用研究》、《工程圖學學報》、《計算機工程》側(cè)重于虛擬現(xiàn)實、計算機、關(guān)鍵技術(shù)和碰撞檢測。

圖5 我國自然科學基金資助虛擬現(xiàn)實研究期刊主題關(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《中國圖象圖形學報》、《軟件學報》、《計算機學報》、《小型微型計算機系統(tǒng)》、《工業(yè)工程與管理》、《計算機仿真》、《系統(tǒng)仿真學報》、《中國機械工程》、《工程圖學學報》、《宇航計測技術(shù)》；2001-2005年主要為《系統(tǒng)仿真學報》、《小型微型計算機系統(tǒng)》、《系統(tǒng)工程與電子技術(shù)》、《中國圖象圖形學報》、《計算機輔助設(shè)計與圖形學學報》、《計算機工程》、《計算機仿真》、《計算機工程與應(yīng)用》、《武漢理工大學學報(交通科學與工程版)》、《西南民族學院學報(自然科學版)》；2006-2010年主要為《系統(tǒng)仿真學報》、《微計算機信息》、《計算機工程與應(yīng)用》、《機床與液壓》、《計算機仿真》、《計算機應(yīng)用研究》、《計算機集成制造系統(tǒng)》、《小型微型計算機系統(tǒng)》、《工程圖學學報》、《武漢理工大學學報(交通科學與工程版)》；2011-2015年主要為《系統(tǒng)仿真學報》、《金屬礦山》、《實驗技術(shù)與管理》、《北京生物醫(yī)學工程》、《煤礦安全》、《計算機技術(shù)與發(fā)展》、《軟件導刊》、《中國康復醫(yī)學雜志》、《云南大學學報(自然科學版)》、《中國組織工程研究》；2016-2020年主要為《現(xiàn)代電子技術(shù)》、《實驗技術(shù)與管理》、《系統(tǒng)仿真學報》、《實驗室研究與探索》、《計算機應(yīng)用與軟件》、《中國康復理論與實踐》、《中國科學:信息科學》、《計算機輔助設(shè)計與圖形學學報》、《科技導報》、《無線互聯(lián)科技》；2021年以后主要為《現(xiàn)代電子技術(shù)》、《醫(yī)學教育研究與實踐》、《中國圖象圖形學報》、《中國遠程教育》、《計算機技術(shù)與發(fā)展》、《煤炭科學技術(shù)》、《計算機集成制造系統(tǒng)》、《重慶醫(yī)學》、《計算機系統(tǒng)應(yīng)用》、《計算機應(yīng)用與軟件》。

圖6 我國自然科學基金資助虛擬現(xiàn)實研究期刊演化分析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詞進行：1) 主題聚類顯著的虛擬現(xiàn)實、可視化、關(guān)鍵技術(shù)、真實感和數(shù)字化；2) 虛擬環(huán)境、機器人、碰撞檢測、力反饋和動力學；3) 計算機、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) 實驗教學、個性化、教學效果、實驗室和教學系統(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、減弱、聚合和裂變的過程,在文獻分析中廣泛應(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 我國自然科學基金資助虛擬現(xiàn)實研究主題聚類圖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、測量機、可視化、虛擬環(huán)境、關(guān)鍵技術(shù)、分布式、計算機、故障診斷、多媒體和層次模型；2001-2005年主要為虛擬現(xiàn)實、可視化、機器人、虛擬環(huán)境、計算機、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、可視化、虛擬環(huán)境、碰撞檢測、計算機、關(guān)鍵技術(shù)、仿真技術(shù)、數(shù)字化、實時性和三維空間；2011-2015年主要為虛擬現(xiàn)實、可視化、機器人、力反饋、虛擬環(huán)境、碰撞檢測、動力學、不對稱性、操作者和數(shù)字化；2016-2020年主要為虛擬現(xiàn)實、可視化、機器人、虛擬環(huán)境、人工智能、實驗教學、關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、計算機和數(shù)字化；2021年以后主要為虛擬現(xiàn)實、可視化、碰撞檢測、功能障礙、博物館、工作面、機器人、數(shù)字化、對照組和學習效果。

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

3 結(jié) 語

對我國自然科學基金資助虛擬現(xiàn)實科研論文特征進行定量和定性分析,通過構(gòu)建機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)、主題關(guān)聯(lián)、時間演化的二維分析,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)實科研處于快速發(fā)展期,預計“十四五”期間還會持繼增加；同濟大學建筑與城市規(guī)劃學院、東北大學資源與土木工程學院、北京航空航天大學虛擬現(xiàn)實技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室的學術(shù)影響力最大；系統(tǒng)仿真學報、現(xiàn)代電子技術(shù)、中國圖象圖形學報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、可視化、關(guān)鍵技術(shù)、真實感、數(shù)字化等研究熱點；研究主題變化,虛擬現(xiàn)實一直處于熱點主題,后期出現(xiàn)了可視化和機器人等新的關(guān)注點。