协同创新中心科研成果展示系统的设计与实现

陈钰华 尹晶海 吴诗欣

摘要：为了解决众多高校和科研单位展示科研成果时占用墙面太大面积以及更新内容不方便的问题。该文采用C#和XML语言基于大型触摸屏开发了一套科研成果展示系统。通过该展示系统，用户可以操控大型触摸屏来访问该研究单位全部的科研成果和研究内容。系统不但可以直接查看课题、论文、专利等成果的细节，还可以对整体数据用图表的方式进行统计分析，同时还可以使用丰富的视频和动画来展示研究内容，让参观人员能够非常直观地了解该机构的研究方向、内容、前景以及目前已经取得的研究成果。展示效果远远超过采用展板或者墙报模式来展示科研业绩的方法，而且内容更新简单，扩充性能强。系统的迁移成本非常低，能极大地降低成果展示的成本和工作量，同时提高展示效果。

关键词：C#;XML;成果展示;信息系统;GDI+

中图分类号：TP311.1      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）32-0006-03

1 背景

江西省汽车服务工程及产业升级协同创新中心是由江西科技学院牵头，联合清华大学、江铃集团、江西省科学院以及同济大学、江西省汽车流通行业协会等单位组成。建设过程中，江西科技学院自筹2000万元用于中心建设，并战略引入孔辉科技、湖南大学等企业及高校参与协同创新活动。协同创新中心下设了五个研究中心和一个项目团队，成立五年来承担了学校上百次的参观与接待任务。在参观的过程中需要展示创新中心的研究内容和科研成果。由于中心的科研成果较多而且在不断地增长中，采用传统的成果展示方式难以起到较好的效果。以协同中心下面的汽车安全平台这个研究团队为例，该平台共有研究人员9人，近年来与研究方向紧密相关的科研业绩如下所示：

1）立项课题——国家级2项，省部级9项，市厅级课题13项;

2）论文——SCI论文17篇，EI论文55篇，中文核心论文23篇;

3）知识产权——发明专利8项，实用新型专利29项，软件著作权5项。

成果的数量较多而且还处在不断地增加过程中。随着科研业绩的不断增长，传统的展示方式越来越难以跟上成果更新的速度。有些团队采用墙报和展板的模式来进行成果展示，把他们的几个研究内容印在墙报上，而展板上更是贴满了各种课题、论文和专利等资料。但是随着时间的推移，研究内容会逐渐地变化，但是墙报和展板并不能实时的更新内容。而且研究成果用打印复印件贴在展板上，纸质材料被翻阅多次后容易破损或者缺漏，更重要的是业绩不断增长将很容易用完展板的空间，最后导致所有的墙面都贴满了业绩材料但空间依旧不够[1-3]。这样不但严重影响美观，也会让人很难抓住重点，无法从全局的角度去了解该科研部门的整体研究情况。为了更好地适应科研部门对成果展示不断变化的功能需求，越来越多的单位开始利用信息系统来实现这些需求，其展示效率和便捷程度要远远超过传统的“墙报+展板”的模式[4-5]。大型触摸屏由于其强大的交互能力和超大的显示面积，非常适合用来做成果展示系统的终端交互设备。当前大型触摸屏的应用领域非常广泛，在银行、购物商场、医院、电影院等公共场所都有着比较成熟的应用。这类系统通常由一台微机和一个大型触摸屏构成，软件系统在普通电脑上开发完成后直接安装部署到系统自带的微机上运行即可。

本文将大型触摸屏设备应用于科研成果展示系统，用户可以通过操控大型触摸屏来访问该研究单位全部的科研成果和研究内容以及其他的一些相关信息。系统不但可以直接查看课题、论文、专利等成果的细节，还可以对整体数据用图表的方式进行统计分析。同时该系统还可以通过使用丰富的视频和动画来展示科研团队的研究内容，让参观人员能够非常直观地了解该机构的研究方向、内容、前景以及目前已经取得的研究成果。展示效果远远超过采用展板或者墙报模式来展示科研业绩的方法，也超过了使用常规的视频制作方法制作成果展示视频的方法。而且内容更新简单，扩充性能强。系统的迁移成本非常低，能极大地降低成果展示的成本和工作量，同时提高展示效果。通过使用该系统已经接待了几十次的各级各类参观活动，取得了很好的展示效果。

2 系统需求

基于系统要实现的最终目标，我们挖掘出以下的一些系统基本需求。

科研机构简介——科研部门的简单介绍（包括部门的基本情况、科研团队的情况和研究方向等信息）。

研究内容展示——使用动画、视频、音频等多媒体方式来展示具体的研究内容。

科研业绩展示——展示立项课题、研究论文、获批知识产权等业绩。其中课题按照国家级、省部级、市厅级、校级等方式分类，论文则按照SCI、EI以及中文核心进行划分，知识产权则分为发明专利、实用新型专利、外观专利、软件著作权等四类。

数据存储——科研业绩信息列表采用XML格式存储，业绩材料与部门简介等具体信息用PDF格式文件进行存储，研究内容部分采用代码直接生成动画，或者通过外部数据文件或者多媒体文件显示内容。

在所有的这些业务需求中，较为复杂的需求是通过动画的方式来展现科研机构比较具体的一些研究内容。这个业务需求具有高度的定制性，我们以其中的一个研究方向为例。

该研究方向是基于脑电信号的驾驶疲劳预警，主要研究内容是通过采集驾驶员的脑电信号，通过信号分析与模式识别来判断当前驾驶员的疲劳程度，然后再通过其他设备来干预驾驶员的驾驶行为。在我们的演示系统里面，我们希望用一个基于脑电信号的音乐播放器来作为外部干预手段。该内容展示需要得到类似于图1的显示效果。

如图1所示，屏幕最下面是脑电信号的波形图，需要显示每个电极的脑电信号变化情况。中间部分是用贝塞尔曲线来展示八个频率段的脑电信号强度变化。左上部则使用柱状图来显示不同頻率段脑电信号的强度变化，其中下方有两根横向的进度条用来显示当前脑电信号所对应的疲劳程度和注意力情况。当系统发现驾驶员脑电信号出现重度疲劳而且注意力下降较多时，通过调整音乐播放器的播放曲目和音量的方法去刺激驾驶员减缓疲劳，提高注意力。右上部则是一个人类大脑的不同功能区域示意图。其他的一些具体研究内容的展示都有着完全不同的需求，但都是需要借助动画和视频等手段去实现其业务功能，此处不再赘述。

3 系统设计

基于上述的功能需求进行系统设计，得到的系统基本业务功能模块结构如图2所示。

整个系统分三大功能模块：部门简介、研究内容与科研业绩。部门简介由基本情况、科研团队和研究方向三个子模块构成，其中基本情况包含了该机构的发展过程、组织结构以及相关的管理规章制度，科研团队则主要侧重于介绍研究人员的基本情况，研究方向是简单介绍该机构的几个主要的科研方向和研究领域。系统的核心模块是科研业绩模块，分为课题、论文和知识产权三大类。每个大类又按照不同的级别和类型分成若干小类，每个小类的信息单独进行管理和维护。最后一个功能模块是研究内容模块，该模块由若干个内容子模块构成，每个子模块都包含一项具体的研究内容。该模块也是本系统最具有开发难度的模块，需要用到编程动画和多媒体控制来实现直观地展示研究内容的各个细节。

在系统的多个功能模块中，系统最核心的科研成果展示功能模块的活动图如图3所示。

首先在主界面上选择需要展示的成果类别，系统将会根据所选择的类别从相应的XML文档中获取到成果列表信息，并以列表的方式显示在界面中，然后在界面中选择需要展示的某个特定成果，系统将自动打开该成果对应的PDF文档，通过PDF显示控件逐页的展示成果的具体信息。所有的科研成果相关内容与材料都被预先转换成PDF文档格式存储在系统内，而成果的基本信息则是按照类别存储在若干个XML文档中。每个XML文档由多个数据节点构成，以下是这些文档中的一些数据节点：

<国家级 课题名称="基于功能性脑网络和多特征融合的疲劳驾驶状态识别方法研究"

课题类别="国家自然科学基金项目" 课题级别="国家级"

课题时间="2017-2021" 课题状态="在研" 课题成员="***" />

发表期刊="International Journal of Theoretical Physics 2017 56 （8）：2697-2701"

出版年份="2017" 收录情况="SCI收录" 作者="***" />

<发明专利 类别="发明专利" 名称="一种汽车用磁流变阻尼器"

编号="ZL 201610591203.1" 获批时间="2018-05-25" 发明人="***" />

之所以选择采用XML文档作为数据存储载体而不选用关系数据库模式，主要是考虑到业绩的数据量较小以及系统的安装部署方便，系统的安装和升级只需要通过文件拷贝与覆盖。

除最核心的科研业绩展示模块以外，该系统最重要的功能模块就是研究内容模块。因为每个研究内容的具体需求完全不同，实现方法和需要用到的相关技术也各有不同，这里继续用上文中提到的基于脑电的音乐播放器这个子模块进行分析。

图4是依据基于脑电的音乐播放器而设计的活动图，系统通过定时器每隔一段时间触发一次工作任务。首先系统从脑电数据文件中读取一段脑电数据，该原始数据会直接采用每个导联的数据对应一个波形圖的方式并列绘制出来。然后对原始信号做数据分析，获得该脑电信号的分频段数据以及所对应的疲劳程度数据。按照前期的功能需求，经过分析以后的脑电数据将通过柱状图、贝塞尔曲线和大脑功能区域等表现方式进行显示。同时分析的结果也直接操控系统音乐播放模块播放MP3音频文件的过程，包括控制音量的变化以及播放风格不同的曲目。

4 系统实现

本系统基于C#语言进行开发，采用Visual studio.Net 2012和DevExpress UI控件作为开发工具。脑电原始信号数据文件采用DAT格式存储，科研成果列表采用XML文档分类存储，成果正文均采用PDF格式方便系统的统一管理。系统的动画编程部分全部使用GDI+。GDI即图形设备接口，是Windows API的一个重要组成部分。GDI+是GDI的后续版本，是.NET中窗体绘图的主要工具[6-8]。

图5为科研成果展示主界面，系统按照成果的类别分成三大类十一个小类进行分别管理，其中每个按钮右下角为当前该类别的成果数量，该数字通过系统读取XML文档自动计算成果数量得出。后续的子模块采用扁平化布局，通过tileControl控件在大型触摸屏上面使用多个tileItem来实现。

图6（a）是课题内容展示界面，图中显示的是一个已经立项的国家自然科学基金课题的详细信息，下面的三个按钮分别是上一页、下一页和关闭，通过翻页功能可以浏览课题的详细信息，该模块通过DevExpress UI控件中的PDF阅览控件来实现，使用C#对文档的阅览过程进行控制和管理。而图6（b）是上文中提到的研究内容子模块《基于脑电信号的音乐播放器》的运行界面。从图中可以看出，该大型触摸屏的显示区域高度超过一米，屏幕中心位置是通过多个同心圆和直角坐标系确定基准位置，采用八段贝塞尔曲线拼接成一个类似于雷达图的闭合曲线。随着系统定时器的不断触发数据读取操作，该曲线会不断地运动并保留之前的四组数值曲线，亮度逐渐减少[9-10]。在屏幕上看到的演示效果就是一组金黄色闭合曲线显示当前的脑电分析结果，四组淡绿色闭合曲线显示之前的分析结果，随着数据的不断读取，曲线的位置不断变化从而产生逐渐淡化的运动轨迹效果。左上角的分频段脑电信号图也是一样，每个柱状图的高度由数据分析结果决定，最后的演示效果类似于组合音响上面的分频段音量变化。其他研究内容子模块的实现过程也基本上都是使用.net framework中的GDI+编程接口来实现各种演示需求的，在技术实现方法上是大同小异的。

5 结束语

本文立足于协同创新中心的学术成果展示现状，通过对中心目前学术成果的存在形式、成果种类、成果展示方式等问题进行深入分析，设计了一种基于大型触摸屏的计算机软件系统来实现科研成果展示的方案。系统除满足基本的成果展示需求外，还利用多媒体音频视频以及动画编程技术，全方位的展示的具体研究内容，展示效果非常的具有直观性和科学性。基于大型触摸屏的用户界面设计突出了系统特色，方便用户使用。目前，该系统已经在江西省2011协同创新中心投入使用。系统运行稳定，有效地对科研平台、研究内容和各类学术成果进行展示，为外界了解协同创新中心的学术研究情况提供了便利，同时也极大地减少了日常的科研成果展示过程的工作量。

参考文献：

[1] 俞天均，向阳，刘惠敏，等.艺术类学生成果在线数字化展示平台的研究与实现[J].计算机产品与流通，2020（7）：233.

[2] 刘彬.攀枝花学院学术成果展示平台设计与实现[J].信息与电脑（理论版），2018（22）：98-101.

[3] 李宇，刘彬.基于SSM框架的学术成果展示平台设计与实现[J].信息与电脑（理论版），2018（14）：70-71.

[4] 刘彬.基于Web的学术成果展示平台研究[J].信息与电脑（理论版），2017（23）：78-79.

[5] 薛冰洋.基于“互联网+”的高校科研成果展示及交互平台关键技术研究[D].武汉：华中科技大学，2017.

[6] 余祖玉，刘国童，曹智孙，等.基于GDI+的标号图形库的设计与实现方法[J].淮南职业技术学院学报，2018，18（5）：105-106.

[7] 李军，連俊光.基于GDI+的Web端页面验证码绘制[J].电脑知识与技术，2018，14（3）：72-73.

[8] 袁梦琪，卜凡亮.基于GDI+的智能人脸模拟画像系统[J].电子技术与软件工程，2016（1）：111.

[9] 孙莉.基于C#组态软件中图形界面系统的设计[J].信息技术与信息化，2014（1）：59-63.

[10] 王小辉，李圣普，吕海莲.基于C#多线程技术的算法动态演示设计与实现[J].平顶山学院学报，2007，22（5）：96-99.

【通联编辑：谢媛媛】