簡析信息可視化

徐永順，潘偉

（南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院，江蘇南京211156）

簡析信息可視化

徐永順，潘偉

（南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院，江蘇南京211156）

主要介紹了信息可視化出現(xiàn)、發(fā)展以及普遍應(yīng)用的過程。同時介紹了信息可視化的幾種主要分類以及可視化實(shí)現(xiàn)的基本步驟及過程。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步展望了信息可視化的發(fā)展趨勢。

信息設(shè)計(jì)；信息可視化；感知心理學(xué)；視覺傳達(dá)

1　信息可視化的歷史

根據(jù)感知心理學(xué)的研究，人類對圖像的認(rèn)知速度及接受度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于文字。本文所指的信息可視化主要是指把復(fù)雜的、隱晦的、朦朧的甚至常人難以理解的信息變得通俗易懂，把隱藏在信息中的內(nèi)在規(guī)律以可視化的方式表示出來，便于傳播、溝通、預(yù)測以及研究。信息可視化最近幾年主要是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展逐漸為人們所認(rèn)知的，事實(shí)上公元前610年～前546年，古希臘哲學(xué)家Anaxiruander就繪制出了世界上第一張全球地圖，這可以看做是可視化的雛形。而具有信息可視化雛形的圖片則是以1812年拿破侖踏上征服莫斯科的旅程為數(shù)據(jù)來源，50年后，巴黎的工程師Charles Minard做出的一張數(shù)據(jù)圖。在這張圖上，粗線顯示了極端天氣如何擊敗了拿破侖的軍隊(duì)。而信息可視化預(yù)測功能的最早雛形則是1854年倫敦爆發(fā)霍亂時流行病專家John Snow繪制的地圖。John在地圖上用黑杠標(biāo)注死亡案例，最終成功的將污染源指向大街水龍頭［1］。

現(xiàn)代意義上的“信息可視化”一詞出現(xiàn)在ROBERTSON等1989年發(fā)表的文章《用于交互性用戶界面的認(rèn)知協(xié)處理器》中。

2　信息可視化的分類

根據(jù)研究對象、應(yīng)用領(lǐng)域等的不同，信息可視化的分類也各有不同，本文作者認(rèn)為劉瑋等學(xué)者基于信息資源的特征為比較科學(xué)的分類方式，根據(jù)他們的研究［2］，信息可視化可以分為以下幾類：

2.1一維信息可視化

主要是對簡單的諸如文本或者數(shù)字之類的線性信息的可視化表達(dá)，這種可視化的方式可以很大程度上避免文字處理工作，不但節(jié)約用戶的腦力勞動而且對各類文獻(xiàn)信息的檢索及知識挖掘也能起到很大的作用。該類別里一系列的文本信息訪問和可視化分析工具由PNNL的科學(xué)家們提出。

2.2二維信息可視化

該類別主要是指包含了兩個主要屬性的信息，以地理信息系統(tǒng)（GIS）為代表。主要應(yīng)用于區(qū)域規(guī)劃、交通管理，氣象預(yù)報(bào)等等，常見的也有健康和普查數(shù)據(jù)。

2.3三維信息可視化

該類別主要應(yīng)用于建筑和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，同時許多科學(xué)計(jì)算可視化也是三維信息可視化。

QuickTime-VR技術(shù)以及數(shù)字化圖像技術(shù)也通常被用于創(chuàng)建和描述現(xiàn)實(shí)的三維信息。這種虛擬的三維信息往往比真實(shí)的空間更加實(shí)用和高效。

2.4多維信息可視化

多維信息是指可視化環(huán)境中超過三個屬性的信息，典型的如馬里蘭大學(xué)人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)的一個動態(tài)查詢的框架結(jié)構(gòu)，比如HomeFinder提供的就是多維房屋數(shù)據(jù)的可視化。用戶移動數(shù)據(jù)庫中相關(guān)屬性對應(yīng)的滑塊，比如臥室數(shù)量、位置、價位等，隨著滑塊的移動，查詢結(jié)果動態(tài)更新。

2.5時間序列信息可視化

Liddy建立了一個信息系統(tǒng)SHESS，該系統(tǒng)可以從文本信息中抽取時間信息并按照時間序列組織這些知識。

2.6層次信息可視化

層次關(guān)系是抽象信息之間的一種普遍關(guān)系，如：文件目錄結(jié)構(gòu)、圖書分類等。對于該類信息的可視化目前大多集中在如何尋求簡潔的層次信息可視化結(jié)構(gòu)方面。

2.7網(wǎng)絡(luò)信息可視化

網(wǎng)絡(luò)信息主要是指與其他節(jié)點(diǎn)有著密切聯(lián)系的一個節(jié)點(diǎn)。NewBrunswick大學(xué)研發(fā)了GraphVisualizer 3D系統(tǒng)，它能可視化組成一個軟件程序的各成分之間的關(guān)系?？梢允褂脩舾颖憬莸睦斫獯笮拖到y(tǒng)內(nèi)的各種關(guān)系。其他的還有面向各個領(lǐng)域的可視化分類，比如醫(yī)療信息可視化，Citespace的引文可視化等等。

3　信息可視化的實(shí)現(xiàn)方式

CARD的信息可視化模型將信息可視化的過程主要分為以下3個階段［3］：

3.1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段的主要工作是數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要是把采集來的數(shù)據(jù)源進(jìn)行預(yù)處理和加工，使其便于被處理并進(jìn)行進(jìn)一步分析。

3.2可視化圖形繪制

繪制的主要功能是運(yùn)用可視化的實(shí)現(xiàn)工具完成數(shù)據(jù)到可視化圖像的轉(zhuǎn)換。

3.3可視化實(shí)現(xiàn)

將繪制模塊生成的可視化圖形按用戶指定的要求進(jìn)行顯示。除了完成可視化信息輸出功能外，還需要綜合用戶的反饋形成基本的交互。針對信息可視化的主要任務(wù)，交互技術(shù)主要包括動態(tài)過濾、全局+詳細(xì)、平移+縮放、焦點(diǎn)+上下文及變形等技術(shù)。

4　信息可視化的發(fā)展趨勢

一圖勝千言，隨著讀圖時代的到來，信息可視化作為一種信息展示、傳播、互動以及分析的手段，在信息展示、傳播等領(lǐng)域都將獲得更為廣泛的應(yīng)用，對信息可視化的研究與應(yīng)用也不斷深化，并表現(xiàn)出以下趨勢：

4.1視覺驅(qū)動轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)驅(qū)動

信息圖出現(xiàn)之初，優(yōu)良的設(shè)計(jì)加上簡單的數(shù)據(jù)即可成為一張優(yōu)秀的信息可視化圖形，而隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，海量數(shù)據(jù)的篩選與表達(dá)成為信息可視化需要解決的一個關(guān)鍵問題。

4.2以用戶為中心的設(shè)計(jì)

一直以來，信息可視化設(shè)計(jì)中主要以任務(wù)為中心，對用戶需求、用戶心理把握、用戶認(rèn)知能力以及后期使用效果和評價等關(guān)懷不夠。后期的設(shè)計(jì)信息可視化設(shè)計(jì)將會強(qiáng)調(diào)技術(shù)的發(fā)展要以用戶為中心。

［1］DEFANTI T A，BROWN M D，MCCORMICK B H.Visualization；Expanding scientific and engineering research opportunities［J］. Computer，1989，22（8）:12-16.

［2］陳建軍，于志強(qiáng)，朱昀.數(shù)據(jù)可視化技術(shù)及其應(yīng)用［J］.紅外與激光工程，2001，30（5）:339-342.

［3］周寧，程紅莉，吳佳鑫.信息可視化的發(fā)展趨勢研究.圖書情報(bào)工作，2008，52（8）:35-38.

（編輯：楊婷婷）

Analysis of Information Visualization

Xu Yongshun，Pan Wei
（Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Jincheng，Nanjing Jiangsu 211156）

This paper describes the emergence of information visualization，process development and universal application. Information visualization also introduced several major categories and the basic steps and process visualization to achieve.On this basis，the outlook for further information visualization trends.

design；information visualization；perceptual psychology；visual communication

P208

A

2095-0748（2016）10-0093-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.10.39

2016-04-08

本文為江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究課題（2015-R-45345）研究成果。

徐永順（1977—），男，江蘇豐縣人，研究生，講師，研究方向：數(shù)字媒體，交互設(shè)計(jì)；潘偉（1983—），男，江蘇徐州人，研究生，講師，研究方向：藝術(shù)設(shè)計(jì)。