信息可视化设计-基础与应用探究

信息可视化（information visualization）这一术语是斯图卡特·卡德（Stuart K.Card）、约克·麦金利（Jack D.Mackinlay）和乔治·罗宾逊（Georag.Robertson）于1989年提出的。2005年，卡德等学者对信息可视化做出了更进一步的定义：“信息可视化试图通过利用人类的视觉能力，来理解抽象信息的意思，从而加强人类的认知活动。借此，固定知觉能力的人类就能驾驭日益增多的数据和信息。”信息可视化是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像进行可视化表示，并进行交互处理，以加深用户对数据更深层次的认知和理解。

人类用图形图像来表现各种各样的抽象信息和数据的行为有着悠久的历史。人类很早就开始使用各种视觉图形来表示信息。20世纪初，出现了利用图形、图表的表达方式来呈现抽象信息和数据的方法。20世纪70年代，英国设计师特格拉姆第一次使用了信息设计（information design）的术语，用以区别传统的平面设计和以表现抽象信息为中心目的的设计。1987年，布鲁斯·麦考梅克等人根据美国国家科学基金会召开的研讨会的内容撰写了《科学计算中的可视化》一文，正式提出了“科学计算可视化”（Visualization In Scientific Computing，VISC），强调了科学研究领域利用计算机对科学数据进行可视化的必要性，后来这方面的研究演变成了可视化领域的一个分支—科学可视化（scientific visualization）。人类进入信息社会后，信息设计的内涵与技术也发生了巨大的变化，首先是数据的体量发生了巨大的变化，由原来的“小数据”转变为现在的“大数据”，这意味着人们很难通过人工的方式来理解数据；其次是计算机图形学、人机交互技术的发展使图形的生成越来越多地依靠算法和软件，这就为设计师提供了更加强大的表现力；最后是随着数据“爆炸式”的增长，人们已经无法纯粹依靠大脑完成对数据的理解，更多地需要通过交互方式对数据进行挖掘、分析与归纳总结。上述这些催生了一门新兴的学科在计算机领域蓬勃发展起来，这就是数据可视化（data visualization）。数据可视化利用人类的视觉感官对信息接收、处理的先天优势，成为对海量数据进行分析、归纳，并且从中发掘隐藏模式和规律的有效方法之一。

现今可视化分为科学可视化（scientific visualization）、信息可视化（information visualization）和可视分析（visual analysis）三个分支，在广义上，通常使用数据可视化（data visualization）来统称。其中，科学可视化是最早成熟的一个方向，主要针对自然科学，包括物理、化学、航空航天、气象气候、医学及生物学等领域。科学可视化的数据大多来源于科学测量与理论推算，具有非常严谨的结构化特征。可视化的形式遵循数据的结构特点。信息可视化是对抽象的、非结构化的数据进行处理，其中包括文本、图像、地图、声音等。与科学可视化相比，信息可视化更加注重抽象的高维数据。此类数据一般不具有固定的空间位置属性，所以通常需要根据不同的目标需求，确定数据元素在空间的布局。所以说，信息可视化更需要可视化设计师发挥主观能动性，挖掘出更清晰、有效的表现方式，并且针对一个问题通常有多种表现方式，需要设计师来选择。根据数据不同的属性，目前信息可视化又可分为时空数据可视化、层次与网络结构数据可视化、文本和跨媒体数据可视化、多变量数据可视化等几种类型。可视分析是伴随着人机交互技术、计算机图形学和数据挖掘技术发展起来的一个新分支。可视分析的核心目的是将人的感知和认知能力以可视化的方式融入数据处理过程，形成人脑智能和机器智能优势互补与相互提升，建立一个螺旋式信息交流和知识提炼的途径，完成有效的分析推理和决策。

科学可视化、信息可视化、可视分析三者之间并没有一个非常清晰的界限，从实际的应用上看，既各有侧重，又相互包含。在信息管理、信息系统等相关的学科中，采用“数据、信息、知识、智慧”的基本层次模型。

在数据科学中，该模型描述了从原始数据到智慧的转化。根据该模型也可以提出现代数据可视化的意义：可视化借助人眼快速的视觉感知和人脑的智能认知能力，可以起到清晰有效地传达、沟通并辅助数据分析的作用，为用户呈现有价值的信息，最终用户通过交互式的可视分析，获得知识并将其进一步提升为智慧。(www.xing528.com)

可视化的基本准则可以用真、善、美来表示，其中，真即真实性，数据可视化必须真实地反映数据的本来面貌，这也是可视化最基本的原则，如果没有数据的真实反映，可视化也就丧失了数据本源的意义；善就是倾向性，指可视化的意象对社会与生活具有的意义和影响，可视化作品中融入的设计师的个人倾向反映出可视化的人文倾向；美是艺术的完美性，指形式与内容的和谐统一。

随着信息技术的不断发展，以及大数据、开放数据与智慧城市等新概念的提出，人类社会逐渐从信息化社会向智能化社会迈进，可视化在其中扮演着重要的角色。未来，可视化将更多地与人工智能、机器学习结合，更多地与新交互表现技术结合，以提升集体智慧的能力。可视化将成为通往智能型社会的“最后一公里”。

【注释】

[1]约翰·开普勒（Johannes Kepler，1571年12月27日—1630年11月15日），生于神圣罗马帝国符腾堡的威尔德斯达特镇，卒于巴伐利亚公国雷根斯堡，是杰出的天文学家、物理学家、数学家。