本文副教授如何使大数据可视化信息更容易理解以及涉及到哪些要素

编者按：本文作者在高校大数据教育教学领域拥有相对成熟的教学经验、独到的教育观点及创新的教学方法。作为全国高校人工智能与大数据创新联盟理事，积极推进大数据教育教学工作，本文内容根据作者在"赋能大数据教育专题"分享的内容整理而成，旨在为今年高校数据科学与大数据技术专业、大数据管理与应用专业、大数据技术与应用专业赋能。 #

上海交通大学副教授萧冰 #

如何使大数据可视化信息更容易理解，以及数据可视化会涉及到哪些要素？从视觉设计的角度看来大数据可视化技术，共包括图形、色彩和认知心理三方面内容。 #

大数据可视化 #

大数据可视化是通过将复杂的数据转化为可以交互的图形，帮助用户更好地理解分析数据对象，发现并洞察其内在规律。从而可以更方便的进行数据分析，促成合作与信息共享，以及使终端客户具有处理信息的能力。从学科支撑的角度来讲，认知心理学和图形设计是数据可视化的两大基础学科。 #

一、可视化变量

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可视化变量分别为：位置、形状、方向、颜色、纹理、明度等级、尺寸。它们的感知性质，从认知心理学角度分析，可以表示数据的联系性、选择性、次序性、数量性。

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二、形状变量

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就形状变量而言，遵循"少即是多"的原则。在信息可视化图形中，用的最多的是线形、三角形、正方形、圆形等抽象的几何图形。

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根据"群魔殿"认知理论，认知的过程分为四个层次，分别为："映像鬼、特征鬼、认知鬼、决策鬼"。 #

"映像鬼"的工作过程是视网膜记录外界形象的过程， #

"特征鬼"是对这个形象进行分析，如英文字母、垂线、水平线、斜线、直角等，每个小鬼负责报告一种特征。

"认知鬼"是从"特征鬼"的反映中寻找与自己负责的识别图像相关的特征，并大声喊叫出来，符合的特征越多喊声越大。如R这个字母大数据可视化技术，有竖线、圆弧形、直角和斜线等特征，符合其中部分或全部特征的有D、P、R三个字母，负责这些字母的小鬼都会叫出来，但负责R的小鬼发现的特征最多，叫喊声就更响亮一些。 #

"决策鬼"根据"认知鬼"的喊声大小判断需要识别的图形。通常来说图像本身越简单越容易识别。 #

三、方向变量 #

方向与形状密切相关，环状结构没有明确的方向性，便于用户自主发现联系；而像箭头、手臂这样的图形，其方向性是很明确的，设计师要对其中的联系先有一定的预想；动态图形运动的方向则能够凸显出各部分的联系性。 #

四、色彩变量

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相对于图形而言，色彩系统是一套完善的体系。在表达次序性、选择性上的作用突出，色彩包括三个维度：色相、明度、纯度。我们通常所说的赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这些都是不同的色相，所有的色相都是不同波长的可见光呈现出的颜色，将这些颜色组合在一起构成环形就是一个色相环。而黑色到白色的色阶变化称之为明度变化。从最纯的颜色到它同等明度的灰色，它们之间的变化称之为纯度的变化。根据色相、明度、纯度三种维度描绘出来的体系就是色立体。 #

不同的色彩在人们的心理上会形成不同的影响，如蓝色会让人想起冰天雪地，会感觉到寒冷，橙色、红色会让人想起火焰，感觉到温暖，称之为暖色。此外还有轻和重、愉快和伤心、前进和后退等不同的色彩心理。不同色彩间的组合可引起色彩识别度之间的差异，如最醒目最容易识别的图形是黄底上的黑色图形，排于第二位的是黑底上的黄色图形。这和人类的发展进化历史密切相关，如老虎的斑纹、蜜蜂的条纹都是黄色和黑色的结合。

色彩在表达次序上很有优势，我们经常会根据色相来判预警的等级，蓝色预警、黄色预警、橙色预警、红色预警。但根据赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序会发现黄色和蓝色之间缺少了绿色，这是由于绿色是在所有可见光波中居中的色彩，在心理上给人的感觉最放松，不会引起警惕的感受，所以不适合做预警色彩。 #

色彩往往比图形更容易挑动观众的视觉。从色彩上讲，除明视度、调性外，还具有诗意。

可视化信息的形态通常具有四种类型：图表式、抽象类比式、比喻式、寓意式。 #

抽象类比式包含了金字塔结构图形、环状结构图形等常见的结构图形形式；比喻式包含的树状结构、根状结构也是我们常用的图形。 #

MIT的学者用眼动仪观察用户观看可视化数据的过程，发现以下几点特征：首先，看一眼就能记住的可视化图像中要含有可以被记住的内容，要具有视觉关联和语义关联。其次，标题和文字是可视化图像中的关键要素，帮助人们回忆所看到的内容。第三，象形图不会阻碍人们记忆或理解可视化图像。最后，冗余信息有助回忆和理解可视化图像。

另外有意思的一点是，最不可识别的可视化图像54%来自于政府部门（美国），他们采用的可视化图像往往采用相同的模板和类似的美学特征。因此容易造成识别的混乱。

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萧冰：毕业于英国伯明翰艺术与设计学院。上海交通大学媒体与设计学院设计系教师，院长助理。中国设计师协会（香港）会员。全国高校人工智能与大数据创新联盟理事。曾供职于上海美术设计公司。为30多家企事业单位等做过品牌形象整合设计，曾参与世博会中国馆及主题馆主题策划。作品多次在国内外设计大赛中获奖："中国包装创意大赛"金奖、"中国包装创意基地大赛标志征集比赛"特等奖、"中国广告&设计大展"铜奖、"中国广告节"铜奖、"上海国际科学与艺术展" 优秀设计奖等诸多奖项。作品被收入《中国设计年鉴》。作品多次入选国内外顶级大赛并展览，其中包括：ZGRAF国际平面设计三年展、 全国美术作品展、"NEW 'FORM'国际平面设计展"（德国-捷克-中国），上海国际艺术节、上海美术大展、上海设计双年展、上海设计展、上海世博会国际海报大赛等。作品曾在"上海科学与艺术展"巡展、两次受澳门特区政府邀请展出。