虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為可視化提供的方向與可能性

劉沛 河南工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院

一、可視化與信息可視化

1、可視化與信息可視化的關(guān)系

“可視化”作為一個(gè)術(shù)語出現(xiàn)在生活生產(chǎn)與研究中只是近三十年的事，而廣義的“可視化”作為一個(gè)過程卻是自人類誕生以來始終存在的，格式塔心理學(xué)人所認(rèn)識的世界是物理空間通過感官刺激在人的認(rèn)知空間映射出的知覺結(jié)果，而這一映射過程可以被稱為廣義的可視化。奧地利社會(huì)科學(xué)家奧圖?紐拉特提出伊索視覺識別體系，系統(tǒng)使用簡化的圖像向普通大眾傳達(dá)社會(huì)公共信息，正式開啟了狹義可視化的大門，即用視覺圖像結(jié)合語境傳遞信息的技術(shù)。

信息可視化作為數(shù)據(jù)可視化的一個(gè)重要分支，更傾向于觀察者，具有更具象更主觀的特，主要解決的問題是如何與信息源進(jìn)行對話具有交互性。信息的功能是反映事物內(nèi)部屬性、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、相互聯(lián)系以及與外部環(huán)境的互動(dòng)關(guān)系，因此信息可視化在客觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù)之外，還應(yīng)表現(xiàn)數(shù)據(jù)之間、數(shù)據(jù)與用戶之間的相互關(guān)系以及數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢以更主動(dòng)地幫助用戶做出決策。

2、知覺的客觀性與時(shí)效性對可視化設(shè)計(jì)的要求

決策是對信息的搜集、加工、選擇及判斷得出結(jié)論的過程。可視化設(shè)計(jì)要求對決策的各階段提供增益?？茖W(xué)高效的決策有賴于知覺建立的客觀性與時(shí)效性。學(xué)界起初存在的關(guān)于信息可視化設(shè)計(jì)視覺表現(xiàn)力與信息傳遞效能的爭論。從信息交互的視角來看，表現(xiàn)力與可用性并稱為信息可視化的一體兩面，形式與內(nèi)容應(yīng)該理解成共生的整體。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征為可視化提供的可能性

1、虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸性助力營造心流提高觀測效率與體驗(yàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸感定義為參與者可以全身心沉浸于計(jì)算機(jī)生成的三維虛擬環(huán)境中。這里的身心可以認(rèn)為就是生理感官的沉浸與心理認(rèn)知的沉浸。生理感官的沉浸感又稱為臨場感，即用戶作為參與者存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度，在感覺運(yùn)動(dòng)空間中存在的戲劇的舞臺(tái)、熒幕的邊緣與設(shè)備的邊框就限制了統(tǒng)一的認(rèn)知空間的產(chǎn)生，形成了感官噪點(diǎn)限制了沉浸感。心理認(rèn)知的沉浸感則可認(rèn)為是是讓人專注于當(dāng)前的目標(biāo)（該目標(biāo)通常由設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)）情境下感到精神上的愉悅和滿足，從而忘記真實(shí)世界的情境，也就是心流狀態(tài)。心流營造在娛樂尤其是游戲領(lǐng)域是十分常用的手段，其建立條件為目的明確、交互反饋、能力與挑戰(zhàn)匹配、行動(dòng)與知覺融合、注意力集中以及對活動(dòng)由主控感。建立心流的常用方法可以借用威廉?立德維爾通用設(shè)計(jì)法則中的最省力法則，通過降低認(rèn)知阻力與降低運(yùn)動(dòng)阻力來實(shí)現(xiàn)。普遍認(rèn)為感官體驗(yàn)的沉浸與認(rèn)知體驗(yàn)的沉浸共同作用可帶來最佳效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過HMD實(shí)現(xiàn)封閉式感官沉浸，借助手持設(shè)備、體感捕捉甚至眼動(dòng)捕捉等自然交互手段，虛擬現(xiàn)實(shí)的交互反饋、行動(dòng)知覺融合都可以幫助用戶營造心流狀態(tài)。沉浸性是虛擬現(xiàn)實(shí)的核心特征，在檢測作業(yè)中，沉浸感將主力觀察者營造心流狀態(tài)，從而提高數(shù)據(jù)觀測與信息交互的效率，同時(shí)優(yōu)化作業(yè)體驗(yàn)。

2、 虛擬現(xiàn)實(shí)的構(gòu)想性實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)深層次規(guī)律挖掘

虛擬現(xiàn)實(shí)的構(gòu)想性是指參與者在虛擬環(huán)境中可以激發(fā)想象，或者可以構(gòu)想未來世界和歷史世界。由前文中提到的認(rèn)知空間理論可知，感知空間只是在感覺運(yùn)動(dòng)空間中的刺激形成的碎片，而經(jīng)由人腦加工聯(lián)想所形成的認(rèn)知空間會(huì)完整得多。在虛擬世界中根據(jù)所獲取的多種信息和自身在系統(tǒng)中的行為，通過邏輯判斷、推理和聯(lián)想等思維過程，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)變化對系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的未來進(jìn)展進(jìn)行想象，以獲取更多的知識，認(rèn)識復(fù)雜系統(tǒng)深層次的運(yùn)動(dòng)機(jī)理和規(guī)律性。

虛擬現(xiàn)實(shí)的構(gòu)想性是沉浸感建立地重要條件，而構(gòu)想性的建立則要求感官的刺激盡可能與人的記憶經(jīng)驗(yàn)相吻合。數(shù)據(jù)挖掘使數(shù)據(jù)可視化的一個(gè)重要功能，觀察者往往需要根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)掘其背后的發(fā)展規(guī)律以求的到更深層的系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以運(yùn)用仿真景象等更加自然的信息形式來進(jìn)行交互，降低認(rèn)知阻力給觀察者提供更易于辨識的完整形象，助力邏輯推理和頓悟聯(lián)想思維活動(dòng)從而提高人們認(rèn)知、處理、分析復(fù)雜數(shù)據(jù)的能力和效率，達(dá)到可視化目的。

3、 虛擬現(xiàn)實(shí)的交互性助力構(gòu)建信息思維模式

傳統(tǒng)的單向靜態(tài)信息所能承載的是反映事物物質(zhì)性的，物質(zhì)性又通常局限于所觀察的尺度與所觀察的參照背景從而表現(xiàn)出一種相對不變性。對事物本質(zhì)的把握決定了認(rèn)知的客觀性，可視化的目的就是在建立認(rèn)知的前提下協(xié)助決策。在認(rèn)知的主客體之間的唯一渠道就是信息，信息和思維認(rèn)知是緊密相連的，二者共同作用缺一不可。信息思維方式強(qiáng)調(diào)從現(xiàn)存事物的要素結(jié)構(gòu)關(guān)系模式中把握事物的本質(zhì)、特點(diǎn)和屬性，并以此為信息載體洞悉事物的歷史狀態(tài)、現(xiàn)實(shí)關(guān)系及發(fā)展趨向。

交互技術(shù)使數(shù)據(jù)不再是以物質(zhì)性的方式存在并獨(dú)立表現(xiàn)意義，而是與其他數(shù)據(jù)交互聯(lián)系，自組織成以關(guān)系性存在的大數(shù)據(jù)形式展示給人。人機(jī)交互技術(shù)將認(rèn)知的主體與客體間的信息渠道改變?yōu)殡p向，使得人可以在獲取信息的過程中發(fā)揮出更多的主動(dòng)性。觀察者將可以較為自由地變換角度，從而對事物的結(jié)構(gòu)、關(guān)系模式、演化程序過程建立更加客觀的認(rèn)知，并運(yùn)用信息思維把握事物的歷史狀態(tài)、現(xiàn)實(shí)關(guān)系與發(fā)展趨勢。信息獲取的過程在信息交互中，信息觀察者與數(shù)據(jù)展示控制之間的交互被稱之為人機(jī)交互。人機(jī)交互技術(shù)現(xiàn)今已經(jīng)發(fā)展到了人與機(jī)器相互關(guān)系的領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)能夠用比文字、符號、圖像更為自然的全息景象作為信息輸出模式，我們對自己所處的空間的感知力受到本能的加成，使我們可以突破自然能力來處理特殊信息。體感交互與人工智能語言識別使我們可以通過手勢和語言完成輸入，這也使信息交互更加自然。。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的可視化將我們帶入一個(gè)看得見摸得著的數(shù)據(jù)世界，通過觀察物質(zhì)理解數(shù)據(jù)的思維方式將向通過觀察數(shù)據(jù)關(guān)系理解事物的本質(zhì)、特點(diǎn)、屬性轉(zhuǎn)變，信息思維由此得以建立。