基于實時化信息展現(xiàn)的物理可視化應(yīng)用探析

摘 要：作為信息可視化的一個分支，物理可視化是信息在三維物質(zhì)上的展現(xiàn)，實時的物理可視化在信息的接收與呈現(xiàn)上保持即時性，本文將探討實時化的呈現(xiàn)對于物理可視化在信息的設(shè)計表達方式上的應(yīng)用特點。

關(guān)鍵詞：物理可視化；實時化；信息可視化；交互

物理可視化（Physical Interaction）的提出是基于信息可視化（Information Visualization）的。信息是我們設(shè)計的對象，可視化是我們的設(shè)計方式，信息可以被轉(zhuǎn)化為平面二維形態(tài)或者物理三維形態(tài)，信息可視化有時也被稱為信息設(shè)計（Information Design）。但“可視化”更能體現(xiàn)設(shè)計信息的目的與方法，有學(xué)者將“可視化”定義為“支持計算機、交互式的數(shù)據(jù)可視化表達并放大感知的一種應(yīng)用”。[1]在今天看來，這個定義范圍未免稍顯狹窄，可視化不一定必須有計算機及交互的支持，而數(shù)據(jù)的范圍也并不僅限于數(shù)字化的體現(xiàn)，它是多種信息的集合。西班牙設(shè)計師Joan·Costa的說法能更廣泛地說明可視化的本質(zhì)：“讓一些現(xiàn)象或者現(xiàn)實可見并且易懂；這些現(xiàn)象大多是肉眼觀察不到的，有些甚至不具備可見性?！盵2]由此可見，可視化的核心是重新定義數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化，這些數(shù)據(jù)包括不可觀察到的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)化的方法并不一定基于計算機實現(xiàn)?？梢暬梢园瑥V泛的設(shè)計信息的范圍，而物理可視化是信息可視化在媒介上的分支。

到今天，信息可視化已有逾百年的歷史，但其名稱至今仍沒有統(tǒng)一。究其根本，是因為信息可視化實在是一個龐大的學(xué)科，它的內(nèi)容與邊界一直在不斷地擴展之中。設(shè)計學(xué)科普遍具有擴展性，如平面設(shè)計，更早還被稱為“裝潢設(shè)計”，而現(xiàn)今基本已被稱之為“視覺傳達設(shè)計”。這其中很重要的原因就是“平面”二字已經(jīng)不能涵蓋其學(xué)科內(nèi)容，而“裝潢”二字的涵蓋面更是狹窄，平面設(shè)計早已不再局限于平面，“視覺傳達”能夠更好地涵蓋其內(nèi)容?？v觀所有的設(shè)計類學(xué)科，信息可視化拓展得尤為迅速——從18世紀末現(xiàn)代信息可視化從統(tǒng)計學(xué)被分出來，到今天數(shù)據(jù)物理可視化（Data Physicalization）開始嶄露頭角。除了觀念之外，技術(shù)也發(fā)揮了很大的作用，Arduino和Processing等可視化編程軟件讓藝術(shù)家和設(shè)計師也能以編程語言創(chuàng)作交互作品，而實時的信息可視化能讓設(shè)計更多地直接參與到社會中去。信息可視化是一個工具，信息不僅可以轉(zhuǎn)化為圖像，也可轉(zhuǎn)化為屏幕動態(tài)圖像及交互圖像，甚至物理形態(tài)的裝置。

1 由二維發(fā)展到三維的信息可視化

信息可視化具有廣泛的跨學(xué)科性，它包含從靜態(tài)到動態(tài)到交互等一系列跨學(xué)科內(nèi)容，被Matthias·Shapiro稱為“怪獸”，因為很少有學(xué)科需要從事者具備這么多的技能，[3]很多行業(yè)中的頂尖者也只是專長于其中某一分支。信息可視化按呈現(xiàn)媒介來分，有靜態(tài)的信息可視化，或稱為信息圖表（Infographic），還有動態(tài)信息可視化，或稱為動態(tài)信息影像設(shè)計（Motion Infographic），以及交互信息可視化，比如數(shù)據(jù)可視化（Data Visualization），或者數(shù)據(jù)物理可視化，基于物質(zhì)的數(shù)據(jù)可視化，一種新的可視化展示媒介與方式。

從靜態(tài)到動態(tài)到交互再到物理交互的發(fā)展，也是一個從二維到三維的發(fā)展，在物理交互越來越普及的今天，物理可視化的出現(xiàn)是一個自然的過程。人類對于圖像的應(yīng)用有相當(dāng)長的歷史，從18世紀末William·Playfair在統(tǒng)計學(xué)中用圖表來呈現(xiàn)數(shù)據(jù)信息時，現(xiàn)代信息圖表的發(fā)展就開始了。在之后的一百多年間，信息圖表開始漸漸完善并被用到了社會的各個領(lǐng)域。1940年ISOTYPE由創(chuàng)造，它的產(chǎn)生有很強的社會背景，奧托紐拉斯希望創(chuàng)造一種跨國界通用的視覺語言，用圖像來傳播知識。其遠大的理想至今令人欽佩，而且也收到了一定的效果。1945年奧托紐拉斯去世，1946年，世界上第一臺電子計算機在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生，一直到1975年Apple I誕生。而同樣在70年代，“信息設(shè)計”這一術(shù)語也被提出，信息設(shè)計與計算機技術(shù)一同進入了高速發(fā)展期。1983年APPLE LISA成為了第一臺使用圖形用戶界面的電腦，有了用戶圖形界面，電腦終于成為大眾消費品，也成為了設(shè)計師的設(shè)計利器，信息圖表作品開始海量出現(xiàn)，90年代，各個報社開始成立圖表編輯部，比如《紐約時報》（The New York Times），尤其在當(dāng)時出現(xiàn)了彩色紙張之后，信息圖表逐漸成為了報道新聞不可或缺的一部分。其中有相當(dāng)一段時間，基于計算機的圖表只是紙面圖表的翻版，但計算機技術(shù)的發(fā)展使數(shù)據(jù)可視化開始發(fā)揮其交互本質(zhì)，同時動態(tài)視頻技術(shù)的發(fā)展也讓動態(tài)信息影像設(shè)計初現(xiàn)端倪。近年來，物理交互的出現(xiàn)讓信息可視化又有了新的媒體延伸，數(shù)據(jù)物理可視化（Data Physicalization）的名稱已經(jīng)先于其范圍與定義而出現(xiàn)，物理可視化是信息可視化在媒介上的分支，數(shù)據(jù)物理可視化可以被認為是基于計算機編程的物理信息可視化展現(xiàn)。它的實現(xiàn)方式是基于編程的，可以被視為是物理可視化中的一個分支，物理可視化是數(shù)據(jù)在物理實質(zhì)之上的展現(xiàn)。

2 數(shù)據(jù)信息在物理可視化中的實時呈現(xiàn)

實時信息可視化，從字面上理解是一種即時的信息呈現(xiàn)，在收集信息的過程中同步呈現(xiàn)。這與二維的信息可視化設(shè)計過程有很多的不同，因為信息不是預(yù)先采集得知的，所以也就不能在呈現(xiàn)前進行處理，收集的過程也就成為了呈現(xiàn)的結(jié)果，而物理化的展現(xiàn)方式使得實時收集的信息在空間中得以匯聚、放大。

信息可視化是對數(shù)據(jù)的多媒體再現(xiàn)，無論是圖表、編碼還是物理實體，跨媒體的出現(xiàn)是為了讓信息能夠得到更好更精準(zhǔn)的呈現(xiàn)。對待信息源數(shù)據(jù)一般有兩種方式，一種是先尋找數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中入手確定主題，很多數(shù)據(jù)可視化設(shè)計師運用這種方法從大量數(shù)據(jù)中尋找可以運用的素材充實主題。另一種方式是先確定主題，再去尋找定義主題的各種數(shù)據(jù)，這種方式一般在新聞類圖表中運用較多，由于新聞主題的明確性，無論是實事新聞還是主題報道，這些圖表設(shè)計師們都必須竭盡全力地挖掘數(shù)據(jù)。比如《國家地理》的團隊們會為了一個主題實地考察、拜訪專家、制作模型、進行精確計算，耗時長達數(shù)月甚至一年。這些預(yù)先準(zhǔn)備，與實時信息可視化相比會有很多不同，其不再是對于數(shù)據(jù)的收集與處理。因為數(shù)據(jù)是實時獲得的，所以設(shè)計者要設(shè)計的其實是一個恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)容器，能滿足項目的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，同時也要能準(zhǔn)確表達主題。

在設(shè)計中，形式應(yīng)該符合內(nèi)容，通過恰當(dāng)?shù)奈锢砘瘜崟r展現(xiàn)的形式，就算是簡單的數(shù)據(jù)也會讓內(nèi)容得到充分的展現(xiàn)。比如2012年的美國總統(tǒng)大選，最后的投票統(tǒng)計進程在帝國大廈上以紅藍兩色天線燈光的方式得以呈現(xiàn)，兩種顏色各自對應(yīng)兩個黨派。隨著各州票數(shù)的陸續(xù)開出，天線顏色的長度也實時地隨之變化。這個紐約的地標(biāo)性建筑，讓民眾在大街上遠遠地就能一眼看出當(dāng)前兩黨競選的狀況。從可視化的展現(xiàn)方式來看，雖然這就是一個普通的柱狀圖，兩黨以紅藍兩色來代表，紅藍兩柱的高低代表了得到票數(shù)的多少，但試想一下，如果這個結(jié)果以圖表的方式印在第二天的報紙上，或者僅僅在網(wǎng)站上以實時播報的方式呈現(xiàn)這個“柱狀圖”，其效果都會差得太多。物質(zhì)本身就具有紙面或者平面不可比的力量，在這個項目中尤其如此?？偨y(tǒng)大選結(jié)果可以說是美國人民最關(guān)注的事件之一，這種方式讓大家可以從城市的各個角度看到競選的實況，看到這個激動人心的時刻。正因為它的物理化以及實時呈現(xiàn)，它的社會效應(yīng)與影響力已經(jīng)遠大于它的設(shè)計本身。從另一個角度看，雖然呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)簡單，但這是一個非常恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)容器，無論是形式內(nèi)容還是功能都得到了完美的展現(xiàn)。

3 基于物理化展現(xiàn)的實時信息可視化應(yīng)用特點

社會是個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，對設(shè)計的需求也是復(fù)雜的。[4]信息可視化的出現(xiàn)就是為了應(yīng)對這個復(fù)雜的世界，用可視化的方式將社會的復(fù)雜以另一種形式呈現(xiàn)在我們眼前，為我們解決疑惑，或者提出新的問題。實時的物理可視化需要設(shè)計的是一個信息容器，它的特點是具有交互性。交互（Interaction）的本質(zhì)是行動與反饋，行動是信息的投入，[5]在容器中發(fā)酵，生成新的表現(xiàn)形式，它要求行動之后的反饋是即時的。例如，傳統(tǒng)的水銀溫度計就是一個實時的物理可視化設(shè)計，當(dāng)我們把溫度計放入被測溫點，就是行動的開始，然后間隔一定時間取出，溫度計中的水銀柱會上升到相應(yīng)的被測溫點的溫度之處，這個就是對于行動的反饋，而且是即時發(fā)生的。水銀柱的上升是因為溫度影響了水銀的物理特性而發(fā)生的，所以交互的發(fā)生反饋并不一定需要計算機編程，它也可以是低技術(shù)完成，比如西班牙工作室Domestic Data Streamers，該工作室的項目特點就是在一個空間環(huán)境中收集數(shù)據(jù)來研究人的行為模式，比如他們的項目“黃金時代”（Golden Age）（見圖2），這個街頭裝置是一個圖像型的圖表，但它的展現(xiàn)是物理化的。設(shè)計師切割了一批真實的圓木木塊，讓所有經(jīng)過的人可以自由參與，木塊可以被放置到一個四方形的木框之中，木框兩邊有刻度，所有可放置的點已經(jīng)被預(yù)留出，其中橫軸代表人們現(xiàn)在的年齡，縱軸代表人們所希望擁有的年齡，從最后的結(jié)果可以讀出多層的含義，從真實參與的結(jié)果來看，人們還是傾向于希望處在自己所處的年紀的，兩個值基本呈正比。相對來說在年輕人群中兩個值的波動較大，而年長者則趨于安穩(wěn)，整體來看整個人群的希望年齡還是趨于年輕化的。這個裝置也適合在不同的地區(qū)、不同的城市放置，來研究每個城市的人們對于自己所處年紀的思考，因為它所呈現(xiàn)的是每個城市不同人群的基本狀態(tài)。

低技術(shù)化實現(xiàn)在一定程度上可以說是信息圖表的物理化實現(xiàn)，但與歷史上眾多的信息雕塑所不同的是，該工作室強調(diào)參與性，并且是隨機自由參與，從參與人群中獲取數(shù)據(jù)，而不僅僅是靜態(tài)二維信息圖的物理翻版。這個模式注重的是即時參與的活動過程，在呈現(xiàn)方式上它具有一定的局限性。計算機編程在創(chuàng)作的層面上提供了更加豐富的可能性，可視化軟件Processing和Aduino的出現(xiàn)為藝術(shù)家與設(shè)計師提供了自主編程的工具。一直以來藝術(shù)設(shè)計與編程被認為是格格不入的，他們被認為是左右兩個大腦，互不相同且互不相通，但Processing以及Arduino免費、開源，關(guān)鍵是非常易學(xué)，迅速成為了設(shè)計者和藝術(shù)家的得力工具。同時，一些很好的想法也為社會解決了許多問題。例如，在設(shè)計師的設(shè)計之下，闖紅燈的問題有了更有意思的解決方法，即用實時化的物理可視化裝置去解決問題。圖3是奔馳聯(lián)合廣告公司BBDO德國在里斯本街頭設(shè)置的互動裝置“舞蹈交通燈”（The Dancing Traffic Light）（見圖3），它將舞蹈與紅綠燈中的等待小人結(jié)合起來，讓等紅燈的過程變得更加有趣，信息的接收裝置放置在街頭紅綠燈不遠的廣場里，人們可以走進動作捕捉室——一個密閉的空間，等待屏幕的提示開始跳舞，此時攝像機會將舞者的動作捕捉下來，這是數(shù)據(jù)收集的過程；再轉(zhuǎn)換成為紅綠燈屏幕上的紅色像素小人，所有在路口等待的人都會看到，這是物理可視化的呈現(xiàn)部分，整個過程都是實時發(fā)生的，跳舞的人也可以從屏幕當(dāng)中看到自己的舞姿在等待紅綠燈中呈現(xiàn)的樣子。而結(jié)果顯示，由于這個充滿歡樂的裝置，超過81%的人都在這個紅燈前停下了腳步駐足觀看，有效地解決了闖紅燈的問題。

4 結(jié)語

設(shè)計服務(wù)社會，同時也改變社會，奧托紐拉斯在1940年創(chuàng)造ISOTYPE體系是為了改變這個社會，希望形成一種跨國界通用的可視化語言。在他去世后，他的妻子繼續(xù)著奧托的事業(yè)，用可視化語言教育著孩子們?？梢暬且环N具有改變世界的潛能的語言，而物理可視化無疑是更為強大的創(chuàng)作工具，以物質(zhì)直接作用于社會、作用于人，實時的物理可視化拉近了人們與可視化的距離，讓人人都能即時地參與其中。隨著技術(shù)的發(fā)展，相信物理可視化會有更大的發(fā)展。MIT實驗室基于processing研發(fā)了可以傳感數(shù)據(jù)的膠帶，[6]可以想象未來的數(shù)據(jù)輸入與輸出方式將會有更多的變革，物質(zhì)的輸入方式將更加多樣化，物理可視化也會有更多的創(chuàng)作可能性。

參考文獻：

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[3] Julie Steele，Noah Lliinsky.數(shù)據(jù)可視化之美[M].祝洪凱，李妹芳，譯.北京：機械工業(yè)出版社，2011：19.

[4] 李德庚，蔣華，羅怡.平面設(shè)計死了嗎？[M].北京：文化藝術(shù)出版社，2011：87.

[5] 辛向陽.交互設(shè)計：從物理邏輯到行為邏輯[J].裝飾，2015（1）：58-62.

[6] Artem Dementyev，Hsin-Liu（Cindy）Kao，Joseph A.Paradiso.SensorTape：Modular and Programmable 3D-Aware DenseSensor Network on a Tape[A] . UIST15 Proceedings of the 28th Annual ACM Symposium on User Interface Software&Technology[C] . ACM Press，2015：649-658.

作者簡介：余飛，研究生，畢業(yè)于中央美術(shù)學(xué)院，就職于杭州電子科技大學(xué)數(shù)字媒體與藝術(shù)學(xué)院，研究方向：用戶體驗及信息交互設(shè)計。