信息可視化應(yīng)用途徑研究

毛虹力，金 冬

（南京林業(yè)大學(xué) 家居與工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 南京 210037）

0 引言

信息可視化最早可追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代，那時(shí)人們通過(guò)用烏龜殼、樹(shù)皮、貝殼等物件展示作為一個(gè)標(biāo)記來(lái)記錄生活中所發(fā)生的事物。信息可視化，是在1980年代科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)出現(xiàn)的同時(shí)而被提出來(lái)的，具有實(shí)質(zhì)性的重要意義[1]。隨著社會(huì)進(jìn)步、科技發(fā)展以及新型技術(shù)的出現(xiàn)，使人們創(chuàng)造信息數(shù)據(jù)的能力大幅度提高。面對(duì)大量繁雜的信息數(shù)據(jù)，人們是很難在短期內(nèi)對(duì)其進(jìn)行處理、剖析、歸納的。為了解決這一難題，人們開(kāi)始對(duì)信息可視化應(yīng)用途徑進(jìn)行研究與探索。

1 信息可視化概述

信息可視化（Information visualization）是可視化技術(shù)在非空間數(shù)據(jù)領(lǐng)域的應(yīng)用，通過(guò)利用圖形方面的技術(shù)與方法（軟件、程序語(yǔ)言等）增強(qiáng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)效果，讓人們更好地瀏覽、理解、分析數(shù)據(jù)，并且從中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間所存在的隱秘關(guān)系。通俗的來(lái)講，信息可視化實(shí)際上是可視化的界面，是人機(jī)交互技術(shù)的綜合研究。信息可視化包括了不少的內(nèi)容，它包括交互設(shè)計(jì)、視覺(jué)設(shè)計(jì)、信息圖形、知識(shí)可視化等方面。信息可視化是涉及領(lǐng)域是非常廣泛，他能夠應(yīng)用到交通、醫(yī)療、公安、商業(yè)、氣象、天文、地理等多項(xiàng)領(lǐng)域之中。不得不說(shuō)，信息可視化對(duì)國(guó)家科技進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)重大意義。隨著可視化在更多領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用，其含義也在不斷延伸[2]。

2 信息可視化的特點(diǎn)

在處理龐大雜亂的數(shù)據(jù)信息的過(guò)程中，信息可視化相比其他呈現(xiàn)方式更加具有直觀性、高效性、前瞻性、趣味性等強(qiáng)有力的特點(diǎn)。

2.1 直觀性

信息可視化是對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存、分析、展示的一個(gè)系統(tǒng)化的過(guò)程。它將龐大復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息以圖像圖表的呈現(xiàn)形式輸出；將用戶沒(méi)耐心閱讀的生硬文字轉(zhuǎn)化為通俗易懂的圖示圖表，運(yùn)用直觀的視覺(jué)表現(xiàn)效果來(lái)替代難以理解的知識(shí)概念。最終展示出來(lái)的信息有條有理、主次分明，大大地提升了文本內(nèi)容的可讀性以及信息數(shù)據(jù)展示的可讀性[3]。

2.2 高效性

信息可視化對(duì)數(shù)據(jù)信息處理的過(guò)程，實(shí)際上是快速替用戶對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、展示等一個(gè)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程免去了用戶自行對(duì)信息數(shù)據(jù)處理的全部程序。用戶運(yùn)用可視化技術(shù)將數(shù)據(jù)信息重新編碼，用分析處理后的結(jié)果代替信息產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程，使用戶省略了對(duì)信息的分析與發(fā)現(xiàn)階段，直接進(jìn)入最后結(jié)論展示階段。

2.3 前瞻性

所謂前瞻性，實(shí)際就是信息可視化能夠快速分析最新趨勢(shì)、擁有預(yù)知未來(lái)的能力。在這個(gè)快速發(fā)展的社會(huì)，企業(yè)能夠通過(guò)收集相關(guān)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)，可以為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者提供更多的機(jī)會(huì)、選擇以及收入。數(shù)據(jù)采集的越豐富多樣，剖析的結(jié)果就越準(zhǔn)確?，F(xiàn)在，大部分行業(yè)發(fā)展是需要對(duì)未來(lái)形勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)、分析，在進(jìn)行判斷、選擇的。

3 信息可視化的基本過(guò)程與分類(lèi)

3.1 信息可視化的基本過(guò)程

信息可視化完整的流程應(yīng)該包括信息數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理分析、可視化呈現(xiàn)、人機(jī)交互四個(gè)過(guò)程。數(shù)據(jù)采集分為內(nèi)部數(shù)據(jù)采集和外部數(shù)據(jù)獲得兩個(gè)方面。信息數(shù)據(jù)量的多少?zèng)Q定了信息可視化的最終效果。數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析師進(jìn)行可視化的條件。前期數(shù)據(jù)收集所得到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行智能篩選，將與關(guān)鍵詞無(wú)關(guān)的進(jìn)行刪除，減少可視化結(jié)果的誤差。數(shù)據(jù)之間往往存在隱藏關(guān)系，需要進(jìn)一步探索、挖掘才能夠分析出來(lái)。如果數(shù)據(jù)處理發(fā)生錯(cuò)誤，可視化所得到的結(jié)論將會(huì)誤導(dǎo)企業(yè)高層領(lǐng)導(dǎo)做出錯(cuò)誤的決策。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后，就到了可視化呈現(xiàn)這一環(huán)節(jié)?？梢暬尸F(xiàn)是整個(gè)信息可視化做關(guān)鍵的一部分。實(shí)際上，可視化呈現(xiàn)是指將前期處理、分析后的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖標(biāo)、圖形、圖片等可視化元素呈現(xiàn)。人機(jī)交互是與用戶進(jìn)行溝通交流的通道。常用的交互方式有點(diǎn)擊、縮放、滾動(dòng)、顏色或者大小變化等。一套完整的、系統(tǒng)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)能給瀛湖帶來(lái)良好的用戶體驗(yàn)，只有給用戶帶來(lái)良好的用戶體驗(yàn)后，才能將信息可視化的結(jié)果轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的信息[4]。

3.2 信息可視化的分類(lèi)

（1）數(shù)據(jù)類(lèi)型

在從多分類(lèi)中，按數(shù)據(jù)類(lèi)型分類(lèi)相比其他分類(lèi)對(duì)使用用戶來(lái)說(shuō)是更加簡(jiǎn)單易懂、一目了然的。所以它深受用戶的喜愛(ài)、應(yīng)用頻繁。按數(shù)據(jù)類(lèi)型分類(lèi)信息可視化可分為一維數(shù)據(jù)、二維數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)、多維數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、層次數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等。首先，我們來(lái)談?wù)勄懊鎯煞N數(shù)據(jù)。一維數(shù)據(jù)是指一條線上，其線上每個(gè)點(diǎn)的位置可以用一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)值來(lái)表示。而二維數(shù)據(jù)是在同一個(gè)空間顯示其所囊括兩個(gè)屬性的數(shù)據(jù)，就像坐標(biāo)軸里的 X、Y軸上的值。二維數(shù)據(jù)可視化中較為典型的例子就是用經(jīng)緯度來(lái)表達(dá)的地理位置數(shù)據(jù)。

（2）顯示技術(shù)

根據(jù)顯示技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)擁有很強(qiáng)的視覺(jué)效果。按其分類(lèi)能將可視化分為以下幾類(lèi)：面向像素的技術(shù)，顧名思義就是利用像素點(diǎn)來(lái)顯示數(shù)據(jù)值；幾何投影技術(shù)，該技術(shù)相比其他技術(shù)是比較“有趣味化”的顯示技術(shù)。此類(lèi)技術(shù)更加適合應(yīng)用于多維和規(guī)模較小的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行。基于幾何投影技術(shù)信息可視化能給使用用戶帶來(lái)良好的用戶體驗(yàn)。層次顯示技術(shù)，該技術(shù)適用于條理清晰、層次明顯的數(shù)據(jù)集合。樹(shù)狀圖是此顯示技術(shù)中具有代表性的一種[5]。

（3）多因素

單方面只考慮一個(gè)因素來(lái)對(duì)事物分類(lèi)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，信息可視化的分類(lèi)也不例外。通過(guò)國(guó)外對(duì)可視化的研究，我們能夠了解到除了需要考慮上文提的三個(gè)方面進(jìn)行分類(lèi)之外，還需要考慮顯示方式、交互方式等方面。而且，還提出了同時(shí)考慮多個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分類(lèi)的方案。

4 信息可視化的應(yīng)用途徑

4.1 交通管理

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展下，城市交通面臨極大的壓力和挑戰(zhàn)，如何正確有效地管理交通成為了城市的焦點(diǎn)。信息可視化是智慧交通管理系統(tǒng)發(fā)展的重要支撐。在信息可視化交通下，能夠直觀地瀏覽當(dāng)?shù)亟煌▽?shí)時(shí)狀況，快速反饋特殊情況；智能化管理和規(guī)劃城市交通，大幅度降低交通運(yùn)輸壓力；分析運(yùn)輸信息數(shù)據(jù)中隱藏關(guān)系規(guī)律，大大地提高交通運(yùn)輸?shù)男省＝煌ü芾硇畔⒒巧鐣?huì)民生與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必經(jīng)之路[6]。

4.2 醫(yī)療

醫(yī)療方面的快速發(fā)展產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)信息，成為信息可視化技術(shù)在醫(yī)療中應(yīng)用的動(dòng)力。在 5G時(shí)代的背景下，信息可視化在醫(yī)療方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。信息可視化在醫(yī)療中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：遠(yuǎn)程可視化手術(shù)操作、病歷信息可視化管理、醫(yī)療知識(shí)可視化展示等。2020年我國(guó)新型冠狀病毒的爆發(fā)，運(yùn)用了信息可視化技術(shù)對(duì)全國(guó)各地疫情情況進(jìn)行了更好地分析、展示、預(yù)測(cè)，在防控疫情上起到了一定的作用[7]。

4.3 公安監(jiān)管

隨著計(jì)算機(jī)的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)的發(fā)展運(yùn)行都離開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)，公安領(lǐng)域也不例外。公安機(jī)關(guān)在日常工作中不斷的數(shù)據(jù)輸入，使其擁有強(qiáng)大豐富的信息資源庫(kù)。在冗雜多元的信息中分析出公安調(diào)查辦案中隱藏的重要線索，用可視化圖表圖示呈現(xiàn)出來(lái)，為公安工作提供技術(shù)輔助。信息可視化在公安監(jiān)管中的應(yīng)用體現(xiàn)在可視化指揮系統(tǒng)（報(bào)警可視化、處警可視化、現(xiàn)場(chǎng)可視化等）、案情分析研判、公安業(yè)務(wù)教育等[8]。

5 信息可視化未來(lái)的發(fā)展方向

在經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)、新技術(shù)不斷出現(xiàn)、信息數(shù)據(jù)激增情況下，信息數(shù)據(jù)可視化在未來(lái)確實(shí)是一種趨勢(shì)。信息可視化在很多領(lǐng)域中發(fā)揮了應(yīng)有的效用，但是在某些領(lǐng)域還是一片“空白”。

5.1 教育

當(dāng)今教育領(lǐng)域中的教學(xué)方法，隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，它為了適應(yīng)新時(shí)代也在不斷地變化。老師在授課時(shí)，特別是講解抽象地知識(shí)點(diǎn)時(shí)特別需要“可視化教學(xué)”。利用信息可視化的特點(diǎn)，剖析、處理抽象的知識(shí)點(diǎn)用簡(jiǎn)單易懂的展示方式來(lái)教授學(xué)生，通過(guò)這種技術(shù)來(lái)達(dá)到知識(shí)的共享?？梢暬虒W(xué)的目的在與為老師和同學(xué)提供一條有條理的、清晰的、高效的學(xué)習(xí)途徑，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。在互聯(lián)網(wǎng)+與教育結(jié)合的背景下，充分利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的作用，使知識(shí)教學(xué)達(dá)到可視化效果，大大地提高教學(xué)效率以及教學(xué)成果[9-10]。

5.2 智能家居

近年來(lái)，人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷孀兊酶訑?shù)字化、智能化。手機(jī)、平板、智能穿著設(shè)備等也融入了我們生活中，智能家居也逐步成為了我們生活中的一部分。智能家居系統(tǒng)需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的支持下運(yùn)行，通過(guò)信息設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控、信息傳輸、實(shí)時(shí)監(jiān)管等。信息可視化在家居領(lǐng)域目前用的較為廣泛的是虛擬現(xiàn)實(shí)，主要體現(xiàn)在租房APP、家居三維建模上。但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，虛擬現(xiàn)實(shí)是信息可視化的一部分。在智能家居系統(tǒng)中，信息可視化是不可缺少的一部分，在監(jiān)控管理、信息數(shù)據(jù)傳輸部分都是離不開(kāi)的[11-15]。