基于CiteSpace的人工智能虛擬數字人發展研究熱點與趨勢分析

謝明晰, 周祚山

(廣西師范大學職業技術師范學院, 廣西 桂林 541004)

隨著科學技術的迅猛發展,虛擬數字人(virtual digital humans)作為一種新興的技術應用,吸引了學術界和產業界的廣泛關注[1]。與傳統的計算機生成圖像(computer generated imagery)相比,虛擬數字人更加注重模擬和表達人類的感知、思維和情感。

虛擬數字人的出現不僅給娛樂、影視等行業帶來了巨大發展機遇,在醫療、教育、社交媒體和人機交互等領域也有廣闊應用前景。例如,虛擬數字人可以作為電影、游戲和虛擬現實角色與觀眾進行互動,提供身臨其境的娛樂體驗[2]。在教育和培訓領域,虛擬數字人可以作為教學助手,為學生提供個性化學習支持。此外,虛擬數字人還可以在社交媒體和人機交互等領域發揮重要作用。

在國家層面,一些國家已經開始關注和制定政策以推動虛擬數字人技術的發展。中國國家新聞出版署在2019年發布的《關于加強虛擬現實(VR)、增強現實(AR)內容和應用管理的通知》中明確提出了加強虛擬數字人技術的研發和應用,以促進文化創意產業的發展[3]。美國也在不久前發布了《虛擬人格權和倫理原則》以規范虛擬數字人的使用和保護人類隱私[4]。在歐洲主要發達國家,虛擬數字人技術也得到了廣泛的關注,包括英國創業公司Soul Machines開發的“Digital Human”虛擬數字人,瑞典公司KRY開發的可遠程問診的醫療數字人“Avatar”等。

但是,目前虛擬數字人的發展也存在諸多的問題和挑戰。包括虛擬人的外形、動作、聲音等還不夠逼真,“虛擬”的外在性還比較明顯;其“智力”水平不夠高,不能完全模仿并了解人的思維與情緒;在使用虛擬數字人過程中,還會涉及一些倫理和法律問題,如隱私保護、虛擬人格權等方面的探討和規范還不成熟[5]。

基于此,本文以CNKI(中國知網)數據庫中相關期刊文獻作為研究樣本,運用CiteSpace工具進行數據分析,旨在通過對虛擬數字人領域的學術研究進行關鍵詞分析和知識圖譜構建,揭示虛擬數字人技術研究熱點和趨勢。同時,結合有關國家政策和發展規劃,探討其在不同領域的應用前景與挑戰,并提出相應解決方案。為進一步推動虛擬數字人技術發展和應用提供有價值的參考和指導。

1 數據來源和研究方法

1.1 數據來源

利用CNKI中國學術期刊網絡出版總庫的CSSCI(中文社會科學引文索引)期刊和中文核心期刊進行檢索,文獻檢索時間為2023年7月25日,時間跨度設置為2000—2023年,檢索式為:SU=(“虛擬數字人”+“元宇宙”)*(“人工智能”+“虛擬現實”),通過手工剔除無效文獻,最終獲得945篇有效文獻作為本文的研究對象。

1.2 研究方法

2 研究現狀

2.1 文獻時間分析

發文量的時間變化是衡量該領域研究發展態勢的重要指標[7]。根據發文量隨時間的變化趨勢可知(圖1),2020年后,關于虛擬數字人的研究熱度迅速攀升。究其原因:一方面2021年后,元宇宙概念盛行,由此被視為人類進入元宇宙媒介的虛擬數字人也備受資本追捧;另一方面,包括AIGC (人工智能生產內容)、語音識別、圖像識別、動作捕捉等虛擬數字人相關的技術,能夠模擬和還原人類的外貌、聲音、動作等特征,使得虛擬數字人在外觀和性能上更加逼真,技術上日臻成熟,并在舞臺表演、代言、短視頻等領域中得以“出圈”[8]。

圖1 2000—2023年我國虛擬數字人研究發文量

2.2 發文作者分析

發文作者及其合作網絡結構特征分析,可以反映該研究領域的核心作者群及其合作關系[9]。發文作者合作網絡圖譜(圖2)顯示:①目前我國研究虛擬數字人的學者較為稀缺,網絡密度為0.002,發文量較多的作者間有相對固定合作對象。②作者集中度較高,從表1可以看出,發文量較多的作者中郭亞軍和馬慧芳合作發文17篇,李佳寧和溫夢華合作發文16篇,他們之間在圖譜中都顯示出緊密合作關系。影響力較大的作者是喻國明,在圖譜中圓形的突現點最為明顯。③發文作者間的合作關系呈現出一個“小聚集,大分散”的特點,多數作者間都是兩者或三者間的合作,沒有形成一個合作網絡的群體,不同的團隊間缺乏合作,其原因可能是由于“元宇宙”概念較為新穎,國內近期學術研究較少,作者間交流不多。

表1 2000—2023年虛擬數字人研究的核心作者及其發文量

圖2 2000—2023年發文作者合作網絡圖譜

2.3 發文機構分析

通過對研究機構發文量排名(表2)分析可以看出:①《每經》發文量最高,達到了96篇。該機構作為我國首個以公司新聞和理財信息為主,是一份對財經業界和投資者有參考價值的全國財經大報[10]?？梢娫钪鏀底秩说脑掝}在財經新聞界備受關注,其商業價值也在近幾年高科技發展中不斷上升,市場規模不斷擴大。②從表2中可以看到,高等院校的管理學院和新聞傳播學院是主要的發文機構。

表2 發文量排名前20的機構及發文量

武漢大學信息管理學院、北京大學信息管理系、華僑大學新聞與傳播學院、中國政法大學光明新聞傳播學院、南京大學信息管理學院、中國科學院復雜系統管理與控制國家重點實驗室等都對虛擬數字人開展了不同主題的研究。由此可見,目前對于虛擬數字人的研究多從經濟、信息管理及新聞傳播的視角進行探討。虛擬數字人在未來的應用領域不可估量,在經濟學、教育學、醫學、計算機等學科領域都有拓展交叉研究。

3 研究熱點與趨勢

3.1 研究熱點

3.1.1 關鍵詞共現圖譜分析

對于關鍵詞共現圖譜的分析,選取時區為2000—2023年,時間切片設為1,設置TopN=50,選擇Pathfinder 作為算法設計網絡,最終得到關于虛擬數字人研究的關鍵詞共現圖譜(圖3)。圖3中,關鍵詞節點為416,連線1 125條,密度為0.013。該圖譜以年輪為節點樣式,節點顏色代表關鍵詞出現的時間,顏色越靠近紅色表示時間越近,顏色越靠近灰色,代表時間越遠[11]。

圖3 2000—2023年虛擬數字人研究關鍵詞共現圖譜

關鍵詞的詞頻反映出研究熱點和動向,詞頻越高,節點就越大,也代表與主題的相關性越大。出現頻次在前5的從大到小依次是:“ChatGPT”(296次)、“AIGC”(250次)、“元宇宙”(224次)、“虛擬數字人”(150次)、“虛擬現實”(144次)。出現頻次高的都是研究熱點,研究領域也比較廣泛。從關鍵詞之間的連線顏色可以看到,高頻關鍵詞之前的連線顏色是趨向紅色的,說明關于虛擬數字人的研究在近幾年熱度較高。

在知識圖譜的可視化分析中,中介中心性超過0.1的關鍵詞對其他關鍵詞有一定的輻射作用,被稱為關鍵節點,中心性越高,關鍵詞越重要[12]。

從宏觀的角度分析，任何生產制造都是為了企業增值，因此有些學者將生產過程中的制造能力與企業產值或者效益進行關聯，以此實現各種要素與目標實現的關系。從微觀角度，制造能力體現的是企業在產品生產過程的綜合能力，包括生產過程中各種資源的綜合利用，如生產裝配、生產工藝以及技術水平等。該過程也體現了從原材料到產品的增值過程。因此本文將制造能力(manumacturing capacity)描述為：在約束條件下，制造資源與制造活動互相作用，完成特定任務或要求的結果體現。

從表3可以看到,虛擬現實(0.87)、虛擬人(0.32)、數字人(0.3)、虛擬偶像(0.16)、元宇宙(0.15)的重要性較高,都超過了0.1。說明以上關鍵詞在虛擬數字人研究領域的文獻中占有較強的學術影響力。

表3 虛擬數字人研究中心性排名前24的關鍵詞

3.1.2 關鍵詞聚類圖譜分析

為更深一步了解虛擬數字人相關研究熱點的知識結構,以及關鍵詞間的內容結構,使用CiteSpace的聚類功能“Clustering”,并運用對數似然算法(LLR)對高頻關鍵詞進行聚類,通過調整得出較為清晰可見的關鍵詞聚類知識圖譜(圖4)。在CiteSpace中衡量聚類計算是否準確的重要指標主要為ModularityQ(聚類模塊值)和Mean Silhouette(聚類平均輪廓值)。本文中的模塊值ModularityQ=0.746 1>0.3,說明聚類合理可信,平均輪廓值MeanS=0.949 5>0.7,意味著聚類具有高信度。最終得到虛擬數字人、數字人、元宇宙、交互方式、人機交互、虛擬偶像、數字虛擬人、商業演出這八大聚類群組,反映出最近幾年研究文獻主要圍繞這8個關鍵詞展開。

圖4 關鍵詞聚類知識圖譜

綜合分析圖3、圖4、表3可知,目前虛擬數字人的研究熱點包含以下4個方面。

(1)元宇宙。在研究分析中頻率較高的關鍵詞里,“元宇宙”“虛擬現實”都是高頻關鍵詞。在聚類分析中,許多研究也是圍繞#2元宇宙展開研究的。虛擬數字人最終著陸的實現與虛擬現實、元宇宙是分不開的。如今,元宇宙概念持續發酵,并迅速成為科技與互聯網行業的“新流量”,這也為虛擬數字人的發展帶來了較大的創新空間與無限想象力。郭全中[3]認為虛擬數字人的真正未來取決于元宇宙的發展,隨著元宇宙的不斷發展深化,虛擬數字人產業會擴大用戶群體和市場規模。謝新水[13]通過分析虛擬數字人發展在元宇宙中面臨三重技術難題:元宇宙自身成長和治理的復雜性、元宇宙和虛擬數字人共同構建的復雜性及元宇宙算法控制的復雜性,闡述虛擬數字人作為“人造物”,在元宇宙中快速涌現是人的數字化及數字人進化的結果,其數字化成長既受元宇宙又受自然宇宙的影響?？偟目?學界普遍認為虛擬數字人未來的發展離不開元宇宙,在元宇宙搭建的智慧圖書館、文物博物館、大型劇本殺等虛擬現實中,都出現了虛擬數字人的身影[14]。未來元宇宙與虛擬數字人的結合將被應用到更多的領域,其語言處理、情感交互、形象仿真等技術在未來都將為元宇宙的搭建提供更多元化、真實化的服務。

(2)數字醫療教學。虛擬數字人關于數字醫療教學研究中的高頻關鍵詞包括數字醫學、人體解剖學、三維重建、實驗教學、圖像分割。研究文獻主要集中分布于#3交互方式、#4人機交互。研究內容主要是醫療教學中數字人提供的教學環境對教育教學的影響。其中,李建平等[15]認為虛擬數字人有利于提高學生學習效果,在整個人體解剖學教學過程中,基于虛擬數字人教學平臺教學評價體系建立,有利于教師對培養學生整體能力與素質、提高人體解剖學教學效果和強化學生臨床課程的學習能力。對于教學實踐來說,羅明英和范艷[16]將“數字化虛擬人”軟件教學應用到局部解剖學實驗教學中,彌補了傳統實驗教學“缺少三維測量數據和立體圖像”的缺陷,對傳統解剖學的教學手段是一種豐富和補充,通過對照學習,優勢互補,實現了教學手段的突破,也起到了為后期影像斷層解剖學及臨床手術等提供了最大還原人體結構本身效果的作用,進一步為“數字化虛擬人”的應用提供了更廣闊的研究領域?？梢?虛擬數字人未來在醫療教學,甚至是各類教育行業都有很大的應用前景,研究熱點不斷提高。

(3)數字媒體。虛擬數字人在數字媒體研究上的高頻關鍵詞主要是虛擬偶像、主持人、中國數字人等。研究文獻主要分布于#5虛擬偶像、#7商業演出。研究內容涵蓋虛擬數字人在游戲、傳媒、影視等領域的廣泛應用和其集中在虛擬偶像、品牌營銷的B端業務。當前,虛擬數字人的技術已經逐漸成熟,產業鏈已初具規模。大量企業,特別是互聯網巨頭都在積極地布局,同時也有大量資本參與進來,它們在數字媒體行業中得到了廣泛的應用。李亞銘和李陽[17]認為日臻成熟的人工智能技術、虛擬現實技術正以其仿真、沉浸、交互的優勢滲透到各行業領域,綜藝節目在此浪潮下實現了新的突破。郭全中[3]提出的虛擬偶像3.0時代中指出,隨著圖形渲染、圖像識別、動作捕捉、深度學習等技術的成熟,虛擬數字人正在以虛擬客服、虛擬導購、虛擬學生、虛擬主持人、虛擬網紅達人等形象不斷滲透和參與到現實生活中。與其他研究熱點不同,在直播電商和品牌營銷高速發展的時代,面向眾多消費者,吸引了大量企業紛紛投資[18]。由此可見,對虛擬數字人在數字媒體上應用拓展的研究分析具有可行性。

(4)ChatGPT賦能。ChatGPT一經問世便引起眾多學者的廣泛關注,其高頻關鍵詞主要是ChatGPT、AIGC、人工智能;主要文獻研究分布在#4人機交互、#人工智能。研究內容涵蓋數字圖書館應用、自然語言處理、人工智能生成內容等。ChatGPT賦能虛擬數字人的優勢包括高效的智能模型計算、精準的信息資源服務和人性化的自然語言交互。郭亞軍等[19]闡述了其在圖書館領域具有的重要價值和意義,是提升圖書館服務水平、優化服務效率及推動服務模式創新的必要選擇,也是適應信息化時代發展趨勢的重要舉措。陳芳[20]認為作為虛擬人驅動的大腦之一,既是虛擬人能夠在元宇宙中感知行為并做出反饋的核心要素,也是其學習并掌握技能的關鍵所在。據市場調研機構IDC(國際數據公司)數據,預計到2026年中國人工智能數字人市場規模將達到102.4億元,市場將呈現高速增長態勢,有觀點表示,AI驅動的虛擬數字人將會是下一個技術風口[21],而ChatGPT的出現則給了由AI驅動的虛擬數字人更多想象空間。

3.2 研究趨勢

在CiteSpace的分析中,關鍵詞時間線圖譜是一種從時間跨度上顯示知識演進的視圖,用來分析時間序列下某一領域的研究脈絡和熱點變遷[9]。2015—2023年虛擬數字人領域研究熱點的演進脈絡如圖5所示。2015—2016年為興起階段,研究的總體聚焦于“虛擬數字人”“元宇宙”“人機交互”“虛擬現實”等熱點,并且這些關鍵詞持續被學者關注,維持著較高的研究熱度。

圖5 2015—2023年虛擬數字人領域研究熱點的演進脈絡

2021—2022年,虛擬數字人研究熱度處于集中爆發階段,呈現出兩方面的研究熱點。一是數字化轉型方面,出現大量關于虛擬數字人的研究技術關鍵詞,如 “多模態交互”“解剖學教學”“仿真系統”“深度合成技術”等,這些關鍵詞的涌現和新冠肺炎疫情息息相關。新冠肺炎疫情出現后,由于疫情防控軟件的使用及線上會議、線上購物、在線學習等網絡生活發展,帶來了“肉身人”向“數字人”的關鍵轉化,形成了“數字人”和“數字生活”,在醫療康復及教育培訓中都得到了廣泛應用[13]。二是新媒體娛樂方面,虛擬數字人已經在游戲、傳媒、影視等媒介中得到了廣泛應用,眾多企業尤其是互聯網巨頭積極布局,資本大量涌入。各大游戲廠商攜帶其強大游戲引擎“破圈”助力打造強大虛擬數字人[22],字節跳動也與樂華娛樂合作共同進軍虛擬主播市場,新華社、人民網、央視網推出的虛擬新聞主持人紛紛亮相[23]。

2023年,研究熱度則處于冷靜期。由于虛擬數字人需要不斷進步發展,但在技術上仍受到不少阻礙,其面臨的挑戰、問題及對策還有待進一步探討研究。與此同時,文旅產業中虛擬數字人技術卻得到了較多應用。隨著文旅產業的大力發展,在“文旅元宇宙”的概念被提出后,博物館、景區等文化旅游場所開始引入虛擬現實和增強現實技術,為游客提供“沉浸式+互動性”的旅游體驗[24]。此外,一些旅游平臺也開始推出文旅元宇宙產品,為用戶提供虛擬旅游服務。

4 結論與建議

4.1 結論

以2000—2023年CSSCI期刊和中文核心期刊中與虛擬數字人相關的論文為數據基礎,運用CiteSpace工具,對虛擬數字人的研究現狀、研究熱點與演進脈絡進行分析,得到如下主要研究結論。

(1)通過對虛擬數字人研究現狀分析發現:①文獻的發表數量逐步攀升,當下研究處于熱潮期。②發文作者中以郭亞軍、馬慧芳、陳義、彭思雨、溫夢華、李佳寧、喻國明等為主要作者代表,作者間呈“小聚集,大分散”的特點,其合作關系還需要不斷加強,研究作者需要擴大研究范圍及增加不同學科之間交流。③ 高等院校和研究機構主要是管理類及新聞類居多。未來虛擬數字人的研究和應用領域不可估量,在經濟學、教育學、醫學、計算機等學科都會拓展交叉研究,所以各個學者和機構間都還需要交流合作。

(2)通過對虛擬數字人研究熱點分析發現:①“ChatGPT、AIGC、元宇宙、虛擬數字人”是目前研究階段出現頻次最高的4個關鍵詞,其中“元宇宙”和“虛擬數字人”的中心性大于0.1,具有較強的影響力。②從關鍵詞聚類看虛擬數字人、元宇宙、交互方式為主要的研究主題,大多數研究都隸屬于這些范疇。

(3)通過對虛擬數字人的演進脈絡進行分析發現:該領域研究經歷了興起階段(2015—2019年),研究熱點為元宇宙、人機交互等,并且關注熱度持續了很長一段時間;爆發階段(2019—2022年),該時間段虛擬數字人在各個領域的應用不斷擴張,特別是在醫療、教育、經濟等領域的應用都在萌芽生長;深化時期(2022年至今),對虛擬數字人未來技術發展,其算法研究熱度上升?！拔穆迷钪妗钡刃滦屠砟顐涫荜P注[25]。

4.2 建議

總的來看,當前有關虛擬數字人的研究還存在諸多問題和挑戰。結合前文的研究分析,對虛擬數字人的未來研究方向、應用領域、理論框架等方面提出以下建議。

(1)明確研究方向,加強跨學科交流。為了推動虛擬數字人的發展,明確研究方向并加強跨學科交流是至關重要的。通過明確研究方向,可以更好地指導研究工作,并避免資源的浪費?？偟膩砜础癈hatGPT”和“AIGC”中,虛擬數字人應用有著較好發展前景,但現有研究較少。對此,研究人員可以多關注虛擬數字人在情感與交互方面的技術研究,探討虛擬數字人在與用戶交互時需要的準確可靠信息,及如何使虛擬數字人具有更高準確性和可信度。此外,虛擬數字人研究涉及多個學科領域,如自然語言處理、機器學習、心理學等。研究人員可以通過加強跨學科交流,共享不同領域知識和經驗,從而加快虛擬數字人技術發展。例如,心理學領域專家可以提供關于用戶心理需求和行為洞察,幫助改進虛擬數字人的交互體驗。

(2)豐富人物功能,拓寬應用領域。豐富人物功能并拓寬應用領域是提高虛擬數字人價值和影響力的關鍵。虛擬數字人功能應不限于提供基本對話和信息查詢服務,還應能理解、模擬和表達人類情感、行為和思維。首先,應繼續加強對虛擬數字人智能化和學習能力的研究。通過引入最新自然語言處理和機器學習技術,提高虛擬數字人語義理解和回答能力,從而實現更高水平的個性化交互[26]。其次,要不斷探索和發展虛擬數字人情感理解和表達能力。深入研究人類情感和情緒模擬,使虛擬數字人更具人性化,進一步加強與用戶之間的情感連接,為情感支持、心理咨詢等領域提供更廣闊應用空間。除了已經涉及的教育、娛樂和創意產業,還可以進一步探索與醫療、金融、人機交互等領域的結合,為這些行業提供更多創新解決方案和應用場景[27]。最后,研究人員還可以與其他領域專家合作,探索虛擬數字人與其他先進技術的融合。例如,與虛擬現實、增強現實、物聯網等技術相結合,可以創造出更具沉浸感和智能化的虛擬體驗。

(3)完善理論框架,加速技術革新。虛擬數字人的發展需要更加完善的理論框架,以加速技術的發展和革新。建議在虛擬數字人相關研究中,注重理論推進和創新。包括深入研究虛擬數字人的認知模型、情感模型、行為模型等方面,以及對虛擬數字人與現實世界之間的交互、溝通和適應性研究。同時,建議加強對虛擬數字人技術的評估和標準化,以幫助推動技術的發展和應用。隨著虛擬數字人技術不斷發展,可能會涉及隱私、道德、倫理等方面問題,研究人員需要進一步深入研究虛擬數字人在社會倫理和法律風險的規范問題,以確保虛擬數字人的發展與應用能夠符合法律和道德要求。