第一节　信息可视化设计概况

21世纪新一轮的工业革命让我们迎来了一个信息大爆炸的时代，计算机技术与网络通信技术的发展为信息的处理、传播提供了肥沃的土壤与丰富的营养。我们每天都通过电脑、手机、电视等媒介接触各式各样的信息，这些信息或杂乱或有序、或虚假或真实，以文字、数字、图形、图像等多元的形式出现。我们难以高效地接收这些复杂的、多变的、不确定的信息。在这种矛盾与冲突下，信息可视化设计变得尤为重要。信息可视化设计作为一种设计手段，可以将复杂的文字和数据通过信息视觉化的形式处理为图形图表，方便了信息的理解，也提供了一定的美学价值；作为一种技术手段，以图形图表为主体的信息能够跨越文化、语言、地理、环境、知识的鸿沟，加快了信息的传播，为我们提供了一种更简单清晰的交流方式。

一、数据与信息的定义

若想正确认识信息可视化设计，首先需要对数据与信息的定义进行辨析。在现代信息技术快速发展的时代，“数据”与“信息”并不是两个陌生的词语，但大众对二者的定义各有不同，也很容易混为一谈。

1.数据

我国信息管理学专家王丙义在《信息分类与编码》一书中对“数据”进行解释：“数据指用符号记录下来的可以鉴别的东西，所采用的形式可以是数字、文字、图形、图像或其他特殊符号。”美国著名信息设计专家内森·谢卓夫（Nathan Shedroff）则认为：“数据是对客观事物、现象的描述和表示，未经组织的、不考虑情境与脉络的事实和符号。”总而言之，数据是一种可以记录下来的抽象的符号，这种符号描述了客观事物与现象的属性、状态、相互作用关系。如图1-1所示的表示温度计上摄氏度的图形，气压表上的数字，公共卫生间男、女、无障碍设施的图形。由此可知，数据本身只是一种客观性的存在，是未经加工、无语义解释的，因此没有太大的含义，无法传播使用。根据表现形式，数据可以分为文字、数值、图像、音视频四大类。

2.信息

在汉语中，“信息”是一个既古老又年轻的名词。“信息”来源于古人所说的“音讯”“消息”。早在南唐时期，诗人李中的《暮春怀故人》中首次出现了 “信息”一词的文字记载：“梦断美人沈信息，目穿长路倚楼台。”宋朝诗人陈亮在《梅花》一诗中同样提到：“欲传春信息，不怕雪埋藏。”《水浒传》第四回：“宋江大喜，说道：‘只有贤弟去得快，旬日便知信息。’”可见“信息”一词在我国已有悠久的发展历史。在现代，对信息的研究取得了很大的进步，信息的定义也更为规范。我国著名信息科学家钟义信认为“信息是事物运动的状态（和状态改变的）方式”，并在此基础上构建了完整的信息概念体系。王丙义则补充解释道：“信息是关于事物并且被事物接受的，与事物无关、不能被任何人理解、不能被其他任何事物接受的不是信息。”

在英语中，“信息”的单词为“information”，国外众多科学家围绕其概念进行了多角度的、不同的解释。美国著名数学家诺伯特·维纳（Norbert Wiener）曾指出：“信息这个名称的内容就是我们对外界进行调节并使我们的调节为外界所了解时而与外界交换来的东西。”美国信息资源管理学家福雷斯特·伍迪·霍顿（Forest W. Horton）以数据的概念为基础，将信息定义为：“为了满足用户决策的需要而经过加工处理的数据。”此外，信息也是传播学的基础概念之一，美国信息论创始人克劳德·申农（Claude Shannon）认为“信息是用来消除随机不定性的东西”“信息通过符号传送受众预先不知道的报道”。在其著作《通信的数学理论》中，申农还提出了信息熵的概念。熵指的是一个系统内在的混乱程度，包括自然的冗余、信息的丢失、噪声、误差或失真，通过信息的交流，可消除这种混乱。总之，关于信息的定义有所不同，难以在各学科之间形成统一的定论，也无法被普遍接受。

我们可以将信息简单理解为对周围世界的认识，这种认知可以通过大脑和神经系统进行感知，并通过文字、语言、肢体、图像等载体进行传递、处理与共享，从而掌握各种事物和现象的性质、规律、运动状态、相互作用关系等。例如，23摄氏度的室温很舒服，一个标准大气压等于760毫米汞柱高，用不同标识指示公共卫生间。

3.数据与信息的关系

通过前面关于数据与信息概念的讨论，我们不难看出二者的区别与联系。将数据进行加工处理便得到信息，信息既能表达客观事物本身，同时也具有潜藏在数据背后的特殊含义，最终在传输与交流的过程中取得一定的成效。此外，对于数据与信息的关系，内森·谢卓夫也曾在文章《交互信息设计：设计的统一理论》中提到了信息理解的四个层次“数据—信息—知识—智慧”，如图1-2。

图1-2呈现出一个金字塔形，从最底层到金字塔尖依次是数据、信息、知识与智慧。很显然，数据是信息的基础，信息是知识与智慧的基础。在信息大爆炸时代，作为基础的数据与信息非常泛滥，但是处于金字塔上层的知识与智慧却很匮乏，因此我们需要充盈知识与智慧的宝库。从数据与信息到知识与智慧的转换需要经过消化与理解，这就需要我们从对数据赋予意义开始，评估和挖掘真实、有价值的信息，防止虚假的、杂乱的、无价值的信息流入人类宝贵的知识库。反映在信息可视化设计中，就要求设计师对数据进行组织、加工处理，提取高价值的信息，编排信息的逻辑，并合理地表达信息中蕴含的思想感情，最终能够满足信息接受者的需求，达到理想的目标效果。

二、信息可视化设计的定义

相关学者对抽象信息视觉表达的研究可以追溯到18世纪后期诞生的数据图形学；到了19世纪上半叶，统计图形的爆发式发展揭开了现代信息图形设计研究的序幕，人们进入了一个全新的现代化的信息图形时代；1989年，斯图尔特·卡德（Stuart K. Card）、约克·麦金利（Jock D. Mackinlay）和乔治·罗伯逊（George G. Robertson）共同创造了“Information Visualization”这一英文术语，“信息可视化”作为专业术语正式出现；20世纪90年代，现代科学技术的发展催生了图形化界面设计，实现了大众与可视化信息交互的可能性，极大推动了信息可视化的发展。在现今信息过载的时代，大众对图像与视频的需求与日俱增，而信息可视化设计作为一种信息交流与沟通的手段，可将大量的文字与数据转化为图形与图像，加快了信息获取的速度，具有广阔的发展前景。

那么如何定义信息可视化设计呢？我们分别从两个方向进行探讨。若将其视为一门学科来研究，信息可视化设计是研究如何让人们高效获取信息的艺术与科学，是一个跨学科的具有交叉性质的概念，涉及与技术相关的图形处理技术、信息科学、计算机科学、人机交互等，以及非技术领域的艺术学、社会学、心理学、人机工程学、认知科学、传播学、符号学等学科，同时与设计的其他领域如视觉传达设计、广告设计、环境设计、数字媒体设计、展示设计、装置艺术等领域紧密相关。图1-3为信息可视化设计跨学科特征。

若将其视作一种沟通手段来研究，那么信息可视化的核心和最终目的是使信息被观众有效、高效地获取和使用。信息可视化的过程就是对抽象信息进行视觉表达的过程。通过对信息合理的组织与建构，将有价值的、有逻辑的信息用一定的视觉形式（图形、图表、符号、色彩等）以及合理的呈现方式（静态、动态、交互）展现出来，使信息变得更加清晰、美观，从而让观众更加直观明了地理解信息，以及体会隐藏在信息表象下的深层的寓意与情感内涵。在这个过程中，需要设计师将艺术的审美、设计的技巧、严谨的逻辑与解决问题的能力统筹兼顾。我们也可以从信息可视化的概念研究中总结出其以下几个特点。

① 复杂性。复杂性源于它的学科交叉的性质，以及克服环境和受众认知的差异而高效地进行信息传达。

② 艺术性。信息可视化设计融入了图形图像、动态表达、交互设计等视觉语言，具有一定的艺术性与审美价值，能吸引受众的目光，激发阅读兴趣。

③ 科学性。科学性源于设计师处理信息时严谨的逻辑，利用计算机科学、图形处理技术的知识构建合理的信息架构，以及运用认知科学、人机工程学等原理满足受众获取信息的需求。

④ 叙事性。叙事性要求信息的呈现有一定的起承转合，同时设计师通过富有灵感的创意思维，整合合理的媒介形式，在信息的传递过程中扮演好“讲故事”的角色。

⑤ 体验性。体验性主要体现在信息产品的交互功能上，受众与媒介进行一系列流畅、生动的交互体验，从而达到信息交流的目的。增加趣味性的同时也满足了受众的价值需求，这也是“体验经济”的时代要求。

三、信息可视化设计的定位

上面我们讨论了信息可视化设计的概念，认识到信息可视化设计的艺术性。若将其放到设计学科中进行讨论，信息可视化设计该如何定位呢？它与其他的设计学科有什么样的关系呢？

1.信息可视化设计与信息设计

信息可视化设计是信息设计的一个重要组成部分。从广义上来看，所有能传达信息的设计行为都可以称作信息设计；从狭义上来讲，信息设计是在对信息进行合理架构的基础上，通过一定的设计手段与设计形式（图形、图像、色彩、材质、声音、媒介等），将复杂难懂、枯燥无趣的信息转换为易理解、可用、有趣的信息，在这个过程中，受众可以通过各种感觉器官（视觉、听觉、触觉或其他感觉）感受信息的内涵与魅力，从而达到说明、指示、教育、娱乐等功能。由于视觉在信息的交流过程中是最发达、最直接的感觉，因此以抽象信息的视觉化表达为主的信息可视化设计则成为信息设计最主要的研究内容，占主导地位。

2.信息可视化设计与视觉传达

视觉传达可以拆分为“视觉”与“传达”，其中“视觉”可以理解为作用于人的视觉感官的视觉语言，一般称为“视觉符号”，可以是影视、造型、建筑、图像、图形、文字等各类的设计；“传达”可以理解为以各类媒介作为载体进行信息交流的过程。简单来说，视觉传达设计是给人看的设计，告知的设计。

根据对视觉传达概念的描述，我们不难发现，其过程与信息可视化的过程有异曲同工之处。因此，我们可以将信息可视化视为视觉传达的一种。其实，信息可视化设计在国内刚起步时依赖视觉传达设计而存在，被各大高校作为视觉传达设计课程中的一部分来研究。但信息可视化设计的核心是“进行有效的信息交流”，与“侧重于艺术表现”的视觉传达设计难以适应。再加上数字媒体时代，信息可视化的外延不断拓展，对其提出了新的挑战，因此被限制在视觉传达设计门类中的信息可视化设计已不能适应新时代的需求。2005年，清华大学美术学院将信息可视化设计从视觉传达设计中独立出来，作为信息设计的子集，成为一个新的专业方向——信息艺术设计，体现了信息可视化设计结合艺术与科技的交叉的性质，具有一定的前沿性，也为其他高校提供了可以参考的形式，如图1-4。

3.信息可视化设计与图形设计

信息可视化设计与图形设计既有交叉的点，又有各自侧重的点。图形是一种用来传达信息、思想和观念的视觉形式，作为一种信息交流的媒介而存在，具有美学与信息传递的双重功能。在传播的过程中，图形具有直接有力、生动准确、易识别和记忆、超越语言障碍的特点。因此，从广义上来讲，图形设计作为一种抽象信息视觉化表达的有效手段，包含在信息可视化设计的范畴内，可以将复杂的信息简化为易懂的信息，同时增加了设计的艺术感与美感。但分开来讲，信息可视化设计与图形设计的侧重点有所不同。信息可视化设计的最终目的是信息的有效传递，因此设计师选用的图形语言需要简洁易懂；而图形设计不要求大众都能理解，可以采用丰富的语言与视觉形式来表现。此外，图形设计可以合理地组织文字、插图、图像等基本视觉元素，作为独立的个体与外界进行交流；而信息可视化设计则包含更多的基础元素，如动态设计、交互设计等，这也对设计师提出了更高的要求。图1-5为点元素图形设计；图1-6为线元素信息可视化设计《婴儿护理指南》，运用手绘图形表现幽默的情节，告诉人们如何照顾婴儿，通俗易懂且具有亲和力。

四、界定信息可视化的外延

信息可视化具有跨学科交叉的性质，这种性质导致了信息可视化研究范畴的模糊性，因此我们只能在宏观层面，根据目前的发展现状对信息可视化概念的外延进行界定。信息可视化与数据可视化、科学可视化、知识可视化并没有严格的界限，宽泛地讲可以视为信息可视化映射在不同领域的发展，既有交叉的内容，也有各自单独研究的部分。

1.数据可视化

我们通常讲到的数据可视化（Data Visualization）是指狭义的数据可视化，可以简单理解为数据的形象化或视觉化表达。狭义的数据可视化主要指将大量的、基础的数据以各种图形图表（如条形图、折线图、饼图等）的视觉形式呈现，从而构成完整的数据图像，是信息可视化在计算机领域的发展（图1-7）。数据可视化的重点在于对数据的属性、数据间的联系、数据的规律深入分析，因此需要将每一个基础数据项放大，对其各项属性值以多维的形式进行视觉化表现。而信息可视化处理的是具有抽象性质的、非结构化的数据与信息，表现的形式限制在二维空间内，重点在于将信息以更直观的方式进行传达。因此相对于信息可视化来说，数据可视化对数据的处理与分析更复杂，对计算机技术的要求也更高，主要涉及计算机图形图像学、计算机交互设计和计算机辅助设计等领域，并通过建立各类模型和庞大的数据库来表达数据的属性、数据间的联系与数据的变化趋势。

2.科学可视化

科学可视化（Scientific Visualization）的概念源于1987年美国国家科学基金会发布的《科学计算领域中的可视化》报告，是计算机图形图像学的子集。科学可视化主要针对科学领域中的数据与信息，如自然学、物理、化学、航空航天、建筑学、气象学、医学、生物学、地理学等，将这些具有几何结构的数据运用计算机动画、计算机模拟、立体可视化等技术进行表达与渲染，呈现出研究对象的属性、特点与对象间的联系，表现科学领域有价值的研究成果。可见，与信息可视化处理的二维数据不同，科学可视化可将信息与数据扩展到三维空间，如对三维真实世界中气象数据的模拟研究。

此外，现行的科学可视化研究在不断寻求科技与艺术的融合，不仅可以运用计算机技术模拟运算自动生成可视化，还强调将科学理性的可视化用美观感性的视觉形式进行表达。由于科学可视化旨在将晦涩难懂的科学数据进行视觉化呈现，因此在这个过程中，对公众认知能力与理解力的研究也是重点内容。图1-8展示的是一系列科学杂志的封面，封面上的科学可视化既呈现出严谨理性的科技感，同时又具有一定的审美价值。

3.知识可视化

知识可视化（Knowledge Visualization）是在科学可视化、数据可视化、信息可视化的基础上发展起来的新兴学科，主要对知识传播领域进行可视化研究，同时它的研究思路与研究成果也推动了知识管理领域、教育领域的发展。知识可视化的本质在于群体间知识的传播与创新，首先对知识领域内的信息（包括见解、经验、态度、价值观、期望、观点、意见、预测等）进行挖掘、分析，构建知识间的联系，再通过一种或多种视觉表达手段（如图形、图表、图解等）以易理解、易记忆为目标在人际传播，帮助他人正确组建知识结构，灵活应用知识，提高知识的创新度。

概括来说，知识可视化设计可以从三个方面入手：一是明确知识的类型，如是较为抽象的价值观还是对未来发展的预测；二是明确可视化的动机，如对化学知识进行可视化设计，以发现知识间隐藏的联系；三是思考可视化的形式，如怎样对知识进行可视化设计，选用什么样的视觉形式适合知识结构。在知识可视化的过程中，可以选用一些工具，包括概念图、思维导图、认知地图、语义网络、思维地图等辅助受众加深对知识的理解与记忆。

以上是对知识可视化设计实践部分的阐述，而对于其理论的研究，可以从认知心理学、计算机科学、情报学等领域得到启发。认知心理学从认知科学的角度研究哪些可视化因素影响受众、如何影响受众对知识的认知度，为知识传播效率的提升提供了理论支撑；计算机科学则为知识可视化提供了有效的工具，包括建构可视化模型、思维导图、概念图等；情报学主要研究知识可视化设计实践的模型部分，包括设计方法、设计流程、知识框架的转化等。图1-9的知识图谱可以显示学科知识的发展脉络与结构关系，对于学科的发展起到了很大的推动作用。该图谱是利用自然语言处理与文本挖掘技术，基于大规模医学文本数据，以人机结合的方式研发的中文医学知识图谱。