美學(xué)角度的信息可視化概述

摘 要： 信息可視化作為一個新興的交叉領(lǐng)域，如今發(fā)展勢頭越來越強(qiáng)勁。作為一個交叉學(xué)科，從事這一領(lǐng)域研究的人員大致分為兩類，從事計算機(jī)專業(yè)和設(shè)計專業(yè)的研究人員，他們都根據(jù)自己本專業(yè)的特點對信息可視化進(jìn)行了研究。因此，在閱讀有關(guān)信息可視化的文章時，會搜索到涵蓋內(nèi)容范圍比較大的各類文章，一些談的是純技術(shù)方面的東西，如如何通過計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)信息的可視化，它們中的一些甚至提到了自己不重視美學(xué)的觀點；另一些則相反，談到了許多關(guān)于信息可視化在美學(xué)領(lǐng)域上的發(fā)展，有些人認(rèn)為信息可視化可以作為一種新的藝術(shù)形式而獨立存在，并將它與傳統(tǒng)藝術(shù)繪畫相比較。綜上，文章對信息可視化這一大概念進(jìn)行綜述，對基礎(chǔ)概念和容易混淆的地方進(jìn)行闡釋，便于第一次接觸的人對這一領(lǐng)域獲得一個全面的概念。同時也會基于文章的一些觀點對信息可視化的未來作出相應(yīng)的展望。

關(guān) 鍵 詞：信息可視化 概述 定義 認(rèn)知任務(wù) 信息美學(xué)

一 介紹

作為一個跨學(xué)科領(lǐng)域，首次接觸信息可視化的人對這一領(lǐng)域往往存在片面的理解，容易從某一和專業(yè)相關(guān)的視角審視它。信息可視化是一個涵蓋范圍很廣的領(lǐng)域，它以計算機(jī)技術(shù)為依托，同時又關(guān)注美學(xué)形式，由任務(wù)導(dǎo)向型向用戶研究型轉(zhuǎn)化，這要求越來越多的跨學(xué)科交流和其范圍的更新與加入新的詮釋。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，也為信息可視化的深入和日益強(qiáng)大提供了更大的發(fā)揮空間，如今作為一個獨立學(xué)科，已有一批先進(jìn)的學(xué)者對其開展了專門的研究。為了鼓勵越來越多人參與進(jìn)來，非常有必要對信息可視化的定義作出全面的詮釋，為未來研究人員的工作打下堅實基礎(chǔ)。

二 信息可視化的定義

2.1 信息可視化的定義

關(guān)于信息可視化的定義，1999年已經(jīng)提出。信息可視化通常被認(rèn)為是產(chǎn)生信息交互及視覺表現(xiàn)，用以擴(kuò)充用戶的認(rèn)知領(lǐng)域（Card et al.， 1999）。筆者之后閱讀了有關(guān)信息可視化近些年來的30篇文章，其中許多來自不同專業(yè)背景的研究者都在自己的文章開頭闡述了對信息可視化定義的理解。大致說法不變，但進(jìn)行了進(jìn)一步的理解和補(bǔ)充，下面兩種說法得到了廣泛的認(rèn)可和支持。

在The Value of Information Visualization一文中，Card， Mackinla和Shneiderma將可視化定義為依靠計算機(jī)支持的，增強(qiáng)人們與數(shù)據(jù)之間視覺交互的表現(xiàn)形式。當(dāng)一個人根本不知道數(shù)據(jù)中隱藏著什么問題或想知道更加深層次的數(shù)據(jù)內(nèi)在關(guān)系的時候，信息可視化系統(tǒng)可以幫助人們迅速縮小范圍，找到需要更仔細(xì)研究的那部分?jǐn)?shù)據(jù)。

在Caroline Ziemkiewic和Robert Kosara撰寫的Embedding Information Visualization within Visual Representation一文中，對可視化理論提出了一個更為廣泛和全面的標(biāo)準(zhǔn)。他們認(rèn)為信息可視化的定義是它區(qū)別于其他形式的視覺表現(xiàn)的重點之一。通常，可視化被定義為把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像的手段，但直觀地來說，其本質(zhì)還是與信息圖形和基于數(shù)據(jù)集的藝術(shù)作品有所區(qū)別。信息可視化是一個更大的概念，同時定位在更大范圍內(nèi)的可視化將有助于更好地了解基本的研究目標(biāo)。

傳統(tǒng)范疇內(nèi)的信息可視化，大多指科學(xué)可視化、信息可視化和可視化分析，這三個概念本身定義就是模糊的，而且存在重疊的部分。術(shù)語“數(shù)據(jù)可視化”本身就是一種模糊的說法，因為它有時指的是上述所有的可視化說法，有時被用來專指科學(xué)可視化而沒有信息可視化。對于我們而言，通常數(shù)據(jù)可視化將被用來指所有來自數(shù)據(jù)的可視化表現(xiàn)，無論這些數(shù)據(jù)是抽象的還是有具體的位置?；谏鲜鲞@些觀點，作者認(rèn)為信息可視化的本質(zhì)雖然是技術(shù)的，但它的表現(xiàn)通常情況下，是視覺的直觀表示，如插圖、信息圖形、數(shù)字藝術(shù)、視覺語言等等。因此，信息可視化嵌入其他的傳統(tǒng)視覺標(biāo)準(zhǔn)中，不是單純的技術(shù)，而依賴于4種表現(xiàn)形式，即數(shù)據(jù)、映射、交互和符號。在這些工作的基礎(chǔ)上，作者制定了信息可視化的定義，也可作為可視化表現(xiàn)的分類，對應(yīng)的有四點：（1）是否來源于數(shù)據(jù)；（2）把雙映射圖片上的信息表現(xiàn)為圖像；（3）提供強(qiáng)大的交互性；（4）在語義學(xué)上是一個符號象征系統(tǒng)。

2.2一些容易混淆的概念

2.2.1信息設(shè)計和信息框架

著名的信息可視化研究學(xué)者Andrew VandeMoere對這兩個概念進(jìn)行了劃分。信息架構(gòu)是一個方法，側(cè)重于組織和分類數(shù)據(jù)，其概念上和視覺上與功能、導(dǎo)航、交互相關(guān)。它通常是指網(wǎng)頁設(shè)計領(lǐng)域。信息設(shè)計是關(guān)于信息圖形和信息視覺化展示的設(shè)計。想想你可以在報紙和雜志圖中找到的圖表。因此，它們存在不同的定義；信息框架更強(qiáng)調(diào)的是一種動態(tài)特征和用戶體驗，信息設(shè)計更強(qiáng)調(diào)其近態(tài)吸引力和設(shè)計感。

2.2.2信息可視化和數(shù)據(jù)可視化

有很多人把這兩個概念放在一起，認(rèn)為他們是一樣的。但我們通常把信息可視化看作是一個更為廣泛的概念，它包括數(shù)據(jù)可視化。如上文所說，數(shù)據(jù)可視化即所有與數(shù)據(jù)相關(guān)的可視化形式，而信息可視化包括一些非數(shù)據(jù)形式的可視化。因此，它是一個更大的概念。

2.2.3數(shù)據(jù)、信息、知識和內(nèi)在深刻的見解

在2009年初IEEE計算機(jī)領(lǐng)域的文章Data， Information， and Knowledge in Visualization中，學(xué)者們就提到了前三個應(yīng)該在信息可視化領(lǐng)域加以區(qū)分開來的概念。Russell Ackof（f表2-1）定義下的知覺認(rèn)知空間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)、信息和知識：是信息可視化過程中不同階段信息的稱呼，就范圍上來說，由從大到小深入過程。數(shù)據(jù)是指信息可視化最初得到的原始符號；信息是經(jīng)過處理后被認(rèn)為有用的數(shù)據(jù)；知識則是經(jīng)過篩選和整理后信息的使用。

而“內(nèi)在深刻的見解”（insight），是一個更為重要的概念。它反映了只有在可視化之后才比較容易顯現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)系和對數(shù)據(jù)深刻的認(rèn)識。在Youn-ah Kang John T. Stasko， JiSoo Yi和Julie A. Jacko共同完成的Understanding and Characterizing Insights： How Do People Gain Insights Using Information Visualization一文就對這個概念做了透徹的調(diào)查研究。文中提到，盡管“提供內(nèi)在深刻的見解”一直被認(rèn)為是信息可視化的主要目的之一，但是這種內(nèi)在的見解始終不是一個很好理解的概念。于是作者們受到理解力研究的啟發(fā)，意識到理解這種內(nèi)在關(guān)系程序方面的重要性。因此，不是問：“什么是insight？”而是將注意力集中在“人們是怎樣獲得這種insight上？”

為了更好地理解和體現(xiàn)這種見解的特性，他們回顧了過去有關(guān)信息可視化的文獻(xiàn)，尋求其他研究人員的意見，看他們對這個概念的理解并發(fā)現(xiàn)這樣幾條幫助理解的說法：（1）這種內(nèi)在的見解往往被視為視覺可視化的結(jié)果，并且獲取它的程序大部分是看不到的； （2）獲得見解的四個主要過程（提供概述，調(diào)整，檢測模式，匹配心理模型）已經(jīng)在信息可視化的文獻(xiàn)中得到討論；（3）這四個不同的過程為從信息可視化中獲得內(nèi)在見解提供了線索?；谶@些觀點的取得，希望可以幫助研究人員和從業(yè)人員正確理解insight的概念，并在一個更深入的層次上評估InfoVis系統(tǒng)和技術(shù)。

三 信息可視化的分類

信息可視化過去的研究往往聚焦于為專家用戶群提供深入了解和研究復(fù)雜的交互視覺模型技術(shù)放大認(rèn)知。但是隨著信息可視化的發(fā)展，它的用途也越來越多，并且越來越深入普通大眾的生活。在Zachary Pousman， John T. Stasko和Michael Mateas撰寫的Casual Information Visualization一文中就很難得的提出了描繪日常生活中信息可視化的概念。對信息可視化領(lǐng)域作出了一個系統(tǒng)的分類，作為對傳統(tǒng)可視化領(lǐng)域的補(bǔ)充。

3.1傳統(tǒng)信息可視化

傳統(tǒng)信息可視化指的是科學(xué)可視化。它是一個跨學(xué)科的科學(xué)分支，主要關(guān)注可視化的三維現(xiàn)象（建筑，氣象，醫(yī)學(xué)，生物等），強(qiáng)調(diào)的是逼真的效果圖卷，表面，照明光源等等，它也許還有一個充滿活力的組成部分（時間）。它也被認(rèn)為是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，是計算機(jī)圖形學(xué)的一個子集。科學(xué)計算可視化的目的是生動地說明科學(xué)數(shù)據(jù)，使科學(xué)家能夠理解，并獲得深刻的關(guān)于數(shù)據(jù)的見解。

3.2 按信息可視化邊緣分類

3.2.2 周圍信息可視化

周圍信息可視化是一個比較寬泛的信息可視化描述，位于這一領(lǐng)域的邊緣。Skog et. al.認(rèn)為它是提供信息藝術(shù)的工作，是把枯燥的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為微妙的數(shù)據(jù)畫的系統(tǒng)。信息藝術(shù)的靈感來源于當(dāng)代藝術(shù)（包括蒙德里安），傳遞例如公車離開時間或是天氣數(shù)據(jù)這類的信息。事物的顏色、時間和位置在一幅電子圖片中隨著時間變化，數(shù)據(jù)得到不斷更新。這種系統(tǒng)被認(rèn)為是信息可視化邊緣范疇的一個重要原因是其交互功能的減弱。

3.2.3 社會信息可視化

如今社交類信息無處不在，用戶可以直接地看到他們。合作完成的文章和圖畫，歌曲的共享、采樣、和混音。技術(shù)支持標(biāo)簽的使用，使人們能分享網(wǎng)絡(luò)書簽、新聞，甚至公共空間。社交過程、社交網(wǎng)絡(luò)和社交環(huán)境的可視化成為了又一個另研究學(xué)者們興奮和好奇的研究點。

3.2.4 藝術(shù)信息可視化

另一個新興領(lǐng)域的信息可視化即是數(shù)據(jù)驅(qū)動的藝術(shù)作品。這些系統(tǒng)也顯示了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形的表現(xiàn)形式，其中有一些還是互動的。Viegas和Wattenberg已經(jīng)創(chuàng)造了這個詞，用于描述信息可視化技術(shù)下的藝術(shù)作品。在我們看來，這些系統(tǒng)有明確的目標(biāo)，即挑戰(zhàn)先入為主的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式。在藝術(shù)世界的字典里，他們“問題化”了我們的日常觀念。

這些系統(tǒng)喚起了人們的好奇，困惑，甚至沮喪，他們只從美學(xué)或設(shè)計角度出發(fā)。當(dāng)然，作為一種藝術(shù)形式，他們大多具有美感。但他們有不僅是美麗的，他們也有其功能特點。

3.2.5 其他信息可視化

前面的三個子系統(tǒng)都是信息可視化領(lǐng)域相當(dāng)活躍的系統(tǒng)，關(guān)于它們也有較多的例子。然而，還有許多其他的系統(tǒng)，也可能被認(rèn)為是邊緣的情況，卻不屬于上述三個系統(tǒng)當(dāng)中。這些邊緣事件主要是一些在線工具，如作為財智月刊“（SmartMoney）的地圖市場[42]，或Digg.com的“堆?！?、“群”、和“弧”的可視化，還有一些較少的任務(wù)，集中在可視化的網(wǎng)志的帖子，如“The Dumpster”。

3.3其他信息可視化的分類方法

按信息可視化內(nèi)容層次劃分為用戶人數(shù)和使用方式、數(shù)據(jù)和內(nèi)在的理解；按信息可視化的表現(xiàn)形式劃分為數(shù)據(jù)，映射，交互和符號等等。

四 認(rèn)知角度的信息可視化

其實美學(xué)角度的信息可視化中，許多原理來源于人類認(rèn)知過程和思維方式的觀點，下面就來看一下認(rèn)知角度的信息可視化。

在Information Visualization Perception for Design一書第11章，信息可視化理論的思考中提及，信息可視化之美，關(guān)注了信息可視化的認(rèn)知經(jīng)濟(jì)和知識的認(rèn)知價值?？梢暬ㄟ^兩種基本方法輔助思維：一種是通過信息圖形的視覺詢問；二是延長記憶點。看到的東西可以更容易被認(rèn)知的幾種重要途徑有：（1）增加記憶點，方便大腦的后續(xù)整理；（2）減少尋找信息的步驟；（3）提高圖案的識別性；（4）發(fā)揮認(rèn)知推斷的作用；（5）使用認(rèn)知機(jī)制觀察信息；（6）把信息編入一個可操作的界面信息可視化正也是基于這些觀點不斷優(yōu)化與發(fā)展的，旨在更便捷地為用戶提供實時的服務(wù)，更好地幫助人們理解數(shù)據(jù)的意思，甚至帶來愉悅的享受。

此外，重慶大學(xué)的兩位學(xué)者在2011年的國際電子設(shè)備工程信息技術(shù)大會上發(fā)表了Optimization for Information Visualization Based on Visual Thinkin， 其中也對人們通過視覺思維認(rèn)知世界的過程做了深入探討，并試圖通過這一認(rèn)知手段選擇出信息可視化的最優(yōu)選擇。其中展示了人們開展視覺思維的認(rèn)知過程。認(rèn)知過程大致可以分為六個階段。

首先通過身體器官眼睛輸入圖形、圖像、文字、符號和顏色等等信息。人們看到信息，記憶存儲下來的多少取決于人們身體的限制和過去體驗和知識的積累的多少；第二階段圖形記憶會篩選一些信息，來決定哪些信息需要被大腦有意識地記錄下來，在這一階段，一些原先熟悉的或者基礎(chǔ)的信息會很快反饋到第三階段；第三、四階段篩選過后的信息將得到進(jìn)一步的處理，意識的功能包括根據(jù)認(rèn)知目標(biāo)對信息進(jìn)行排序，以便收集更多的認(rèn)知資源，然后重點關(guān)注一些新的或不熟悉的信息，對它們作出反饋，輸入有意義的信息到記憶階段；第五階段，也就是記憶階段就是把這些輸入的信息轉(zhuǎn)化為自身體驗和知識的過程；最后進(jìn)入最高階層的抽象認(rèn)知階段，對信息進(jìn)行歸納和總結(jié)，產(chǎn)生一些概念、邏輯性（信息之間的關(guān)系）等等的抽象概念?；谏鲜鲞@些對于認(rèn)知過程的分析，提高信息可視化有效性的途徑是減少人們的認(rèn)知成本，及簡化上述過程，提高響應(yīng)效率，使可視化的過程更好地符合人們認(rèn)知過程每個階段的要求。

五 美學(xué)功能角度的信息可視化

隨著各種應(yīng)用程序和編程語言的發(fā)展，設(shè)計過程中產(chǎn)生越來越豐富的圖形可視化，信息可視化與美學(xué)之間的互動在過去的幾年里顯著增長。因此，有必要區(qū)分不同的研究者對功能性和美學(xué)特征的信息可視化。雖然客觀上兩個類別之間的區(qū)別是不可能實現(xiàn)的，因為從來沒有一種可視化可以完全被看作是一個或另一個，但是假設(shè)這里存在這種可能性：那么功能角度的信息可視化的目標(biāo)是傳達(dá)信息，和通過用戶能夠快速理解的隱喻勾畫出潛藏在數(shù)據(jù)內(nèi)部的圖形；而審美信息可視化則更側(cè)重于引出用戶出于本能和情感方面的對于數(shù)據(jù)主觀印象。因此，一個成功的可視化系統(tǒng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)是它向用戶傳遞數(shù)據(jù)譯碼的速度和效率。

功能性的信息可視化主要關(guān)注其可用性和性能。它視覺方面的判斷只以如何快速的幫助用戶理解數(shù)據(jù)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。功能性和可用性必須是清楚的，使用戶能夠簡單的獲取知識并明白它們。引用Matt Woolman在數(shù)字信息圖形當(dāng)中的話來說，就是：功能可視化的要求比創(chuàng)新數(shù)據(jù)分析和計算機(jī)計算要多得多，他們必須要創(chuàng)建一種能讓用戶明白的視覺語言系統(tǒng)，溝通中的表述清晰恰當(dāng)，就像字母和文字組成的可以在世界范圍內(nèi)傳播的語言那樣。

而相反的是，審美信息可視化看重的是視覺吸引表現(xiàn)形式的設(shè)計，設(shè)計師想尋找到一種出于本能的表現(xiàn)形式，通過用戶最基本和純粹的情感和直覺來吸引用戶，引發(fā)他們的興趣、注意力、享受和好奇心。這種形式的設(shè)計是建立在其視覺形式可以快速吸引用戶的基礎(chǔ)上，是他們獲得一種娛樂和享受的感覺，有時候甚至?xí)奚蝿?wù)的有效性，設(shè)計師強(qiáng)調(diào)的是一種出于人類本性的體驗，使其與用戶之間產(chǎn)生共鳴。

六 總結(jié)和信息可視化未來發(fā)展

上述文章粗略地對信息可視化的一些基本概念做了概述，從最初的定義到一些分類，然后是認(rèn)知原理和美學(xué)角度的信息可視化。希望用戶能夠迅速抓住信息可視化的大致輪廓，有一個初步和完整的認(rèn)識。對于研究者們而言，更好地了解信息可視化領(lǐng)域的基礎(chǔ)背景，為選擇研究范圍和未來研究打下基礎(chǔ)。下面是一段對于信息可視化未來的暢想。

未來信息可視化的展示會更加個性化和私人化，為用戶提供實時便捷的信息。信息可視化的表現(xiàn)形式將不會僅限制于2D空間，而是更注重整合的交互式體驗。無論信息可視化怎樣服務(wù)于我們的未來，它都將是理解和改變世界的一個可靠的工具。

花費一生的時間在信息的洪流之中，在內(nèi)部空間中來回流動是不是一種選擇。人們和公司越來越理解大數(shù)據(jù)的價值，教育正在改變，不斷適應(yīng)新技術(shù)和工具，形成路徑，獲得開放的信息源，對抗信息高墻。當(dāng)新的一代掌握大局時，信息圖形將會變得很普通。革命將會是可視化的。

每家每戶都將有一個網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字日歷/待辦事項列表（包括錐子，獨輪車和飛行棋）。日歷將同步每個人的電子郵件和朋友、熟人甚至是敵人的方位。我們將在睡前和一早起來看到這些信息——就像我們習(xí)慣于在那些智能設(shè)備（智能手機(jī)、平板電腦、筆記本）上做的事情一樣——瀏覽我們個性化的屏幕，可視化我們的飲食偏好，交叉引用醫(yī)生的營養(yǎng)建議，鏈接我們的智能購物清單篩選喜愛的食物，編制每月食物攝入量，并反饋到我們的醫(yī)療記錄。當(dāng)然，它會顯示為一系列智能的信息圖形，這些都為我們在社交媒體時代快速處理信息提供了便利。信息可視化將不斷擴(kuò)展它的應(yīng)用范圍，不斷深入我們的日常生活，總有一天，它會成為我們生活中司空見慣的事情，我們生活的一部分，相信這一天并不遠(yuǎn)了（Sarah Slobin， 2011）。

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