理解信息可视化设计
近年来，信息可视化设计或者数据可视化设计已经是视觉传达设计专业的必修课程。随着商业社会信息整合，大数据时代来临的背景下，视觉化信息已经是设计的重要内容和课题。由早期的信息图形、信息图表到信息可视化设计或数据可视化设计（称谓有变化），都是围绕信息进行视觉的设计。2020年，互联网时代的信息可视化设计作品《云游敦煌》（图1-6）以新的互联网移动端交互形式进行展示，提供给观者更直观、更沉浸化的体验。
图1-6 信息可视化作品《云游敦煌》（2020年）
1.定义
信息可视化（Information Visualization）是把大量的数据、知识等信息转化为人类的一种视觉形式。数据信息可视化过程中充分运用人类对图像、图形等可视模式快速识别的能力，通过有效的可视画面来观察、研究、分析、操纵、过滤和理解大量的数据，进而能够实现直接的解释和分析，形象地表现和模拟大规模数据，以此来发现或探索数据内部隐藏的特征以及规律，从而提高人们对事物的观察能力、记忆水平以及理解能力，促进人们对某一事物的整体概念的掌握。
信息可视化领域包括数据可视化、信息图形、知识可视化、科学可视化以及视觉设计（图1-7）。从某种意义上说，任何事物如果加以充分适当的组织整理，都是一类信息，如表格、图形、地图，无论其是静态的还是动态的，都将为人们提供某种方式或手段，从而使人们能够洞察信息其中的内涵，找出问题的答案，发现形形色色的关系，或许还能让人们理解在其他形式的情况下不易发现的事情。可以说，信息可视化是用来增强认知抽象数据的计算机支持的交互式视觉展示。
信息可视化设计致力于创建以直观方式传达抽象信息的手段和方法。信息可视化设计的表达形式与交互技术则是利用人类眼睛向心灵传输大量数据的优势，使得用户能够目睹、探索并立即理解大量的信息。
自18世纪后期数据图形学诞生以来，抽象信息的视觉表达手段一直被人们用来揭示数据及其他隐匿模式的奥秘。20世纪90年代问世的图形化界面设计，则使人们能够直接与可视化的信息进行交互，从而造就和带动了十多年来的信息可视化研究。信息可视化试图通过利用人类的视觉能力来搞清抽象信息的意义，从而增强人类的认知能力，至此，具有固定知觉能力的人类就能驾驭日益增多的数据信息。
“信息可视化”这个术语第一次出现在斯图尔特·卡德、约克·麦金利和乔治·罗伯逊在1989年发表的文章《用于交互性用户界面的认知协处理器》中。他们认为，硬件系统的图形性能和速度已经使得用户在界面中探索3D和动画成为可能，而信息可视化是对解决上述两个问题要求最迫切的领域，因此，他们开始进行试验，利用2D和3D动画来表示信息和信息的结构。此后，信息可视化方面的研究和文献陆续出现。
图1-7 信息可视化领域
2.范畴
中文语境的“信息可视化”对应的英文语境是“Lnformation Visualization”。该术语最早由斯图尔特·卡德、约克·麦金利和乔治·罗伯逊于1989年提出。信息可视化并不是无源之水，斯图尔特·卡德在1999年的报告中指出，20世纪90年代兴起的信息可视化议题实际上早在信息图形领域、统计学领域、可视化技术领域、人工智能领域这几个领域就有所体现（图1-8）。
图1-8 20世纪90年代信息可视化涉及领域
（1）信息图形领域。18世纪末期的威廉·普莱费尔被公认为数据图形设计之父和经典绘图方法的创造者。他在1786年的文章《商业和政治图集》中运用了44个时间序列图表来说明经济增长的复杂变化，展示了“1700—1782年，英国的贸易进出口”。他同时也被认为很可能是条形图表的创造者。他对于经济数据的时间连续性的重视使他将多年的数据连接起来，开创了时间序列的线性表达。
自从经典的绘图方法建立以来，1967年，雅克·贝尔坦率先发表了图形学理论。该理论确定了构成图形的基本要素，并且描述了一种关于图形设计的框架。1983年，爱德华·塔夫特发表了关于数据图形学的理论，强调有用信息密度的最大化问题，这实际上正是信息可视化的本质。后来，雅克·贝尔坦和爱德华·塔夫特的理论在形形色色的领域当中变得闻名遐迩，且富于影响力，从而使信息可视化发展成了一门学科。
（2）统计学领域。1977年，美国著名统计学家约翰·图基根据自己在“探索性数据分析”方面的工作发起了一项影响整个数据图形学领域的运动。这项工作的重点并不是图形的质量，而是从统计学的角度，利用图片来迅速实现对数据的深入洞察。例如，在统计分析过程中，象形图可使人们立即看到4个反映整体数据特征的重要的数值。威廉·克利夫兰在其1988年的著作《统计学动态制图法》中详细阐述了新的数据可视化手段。他在这本著作中提出了对于多元变量数据集的可视化处理问题，而这一问题正是统计科学对数据多元化多维化发展趋势的回应。
（3）可视化技术领域。硬件进步带来了计算机图形学的发展，这使得用户界面从单线性的指令式发展到多向的交互式。在本什内德曼看来，这种进步为“可视化与图形学、人机交互、计算机科学、视觉设计乃至心理学产生了交叉结合的可能性”。
当今世界视觉化和全球化的趋势日益凸显，海量的信息数据必须快速、有效地传递给用户。如今随着信息可视化平台的拓展、应用领域的增加、表现形式的不断变化以及实时动态效果、用户交互使用等技术的创新，信息可视化像所有新兴概念一样边界不断扩大。在这个信息汹涌的社会，可视化技术研究和应用开发已经从根本上改变了人们表示和理解大型复杂数据的方式。可视化的影响广泛而深入，引导人们获得新的洞察和有效的决策。
近几年来，随着互联网的飞速发展，商业数据的大量计算、电子商务的全面展开以及数据仓库的大规模应用，产生了更广泛的需求。可视化技术不仅要用于科学数据，而且要作为一个基本工具应用于抽象信息，揭示信息之间的关系和信息中隐藏的特征。非物理信息可以通过映射为一种可视化形式来方便观察，而这些信息都没有明显的空间特征。除了如何绘制对象的可视化属性的问题以外，更重要的问题是如何把非空间抽象信息映射为有效的可视化形式，这就是信息可视化的研究范畴。
（4）人工智能领域。1957年，罗森布拉特提出了机器学习领域中的人工神经网络模型，科学家们开始尝试使用数学模型来模拟人的神经元以及神经网络，以实现机器系统对于人脑决策系统的模拟。人工智能对于信息可视化领域发展的影响主要体现在可视化设计流程的自动化，约克·麦金利的学位论文就曾对这一方面进行过深入的探讨。他在巩固雅克·贝尔坦的设计理念的同时，进一步添加了结合人工神经网络的精神物理学数据和相应的产生式呈现方法。
除了可视化产生形式的变化，人工智能对于可视化的影响还体现在其设计语言和传播方式上。在传播载体上，人工智能带来的便捷性改变了传统的信息可视化传播模式，可以给受众带来多维度的体验感；在设计语言上，人工智能为可视化设计者提供了更为先进的设计工具和设计体验，甚至对设计者的思维方式都产生了潜移默化的影响。
从学科外延上，信息可视化是科学可视化、人机交互、数据挖掘、图像技术、图形学和认知科学等理论与方法的结合；从学科内涵上，信息可视化是研究人与计算机所表达的信息及其相互作用的技术，是人与信息之间可视化界面的呈现，是人机交互技术的重要应用领域。
综上所述，信息可视化是一门日益发展的学科，并且是对人的认知能力提高方式的议题有重大关切的学科。
3.内涵
数据信息可视化涉及的内涵包括信息、思维、设计和艺术（图1-9）。
图1-9 数据信息可视化涉及的内涵
（1）信息。社会性是人的根本属性。作为社会的人，不断适应社会环境的发展变化是我们生存和成长必须遵循的法则。我们每天都要及时地了解世界，还要与时俱进地学习和提升自我。所以，我们每天的第一件事往往都是打开手机、电视、电脑，连上网络。就在这个动作的瞬间，信息就如同暴风狂雨般向我们袭来。不管我们是否想要，信息都一股脑地传递给我们，占据着我们仅剩的闲暇时间，逼着我们随之游走。因而，思考对于现代人来说就成了一件奢侈的事。正因为来不及去看去想，“信息过剩”就成为我们所必须面对的挑战，信息数据可视化便应运而生了。我们可以利用其全球通用的“视觉语言”对信息数据可视化的过程作一个详细的分析，并且使人们学会将复杂的信息条理化、视觉化、简单化，以便更快地从信息中得到知识继而创造价值，在未来的信息之战中取得胜利。
（2）思维。在这个信息极度膨胀的时代，我们不得不用最简单、最直白的语言与别人沟通交流，所以学会思维就成了一件我们不得不去面对的事情。思维又与信息挂钩，用批判的眼光将思维与没有意义的信息剥离开，将成为我们未来生活必须掌握的最重要的方式。
信息可视化的思维方式则是未来世界的发展趋势，它迫使人们钻研人脑与思维之间的关系，了解数据分析的方法，学会去讲述故事，并擅长艺术与设计的创作；同时，将全部有用的信息内容在一个画面上完整地表现出来。要做到精简信息文字、宏观地掌握自己的设计思路并客观地看待作品的信息传递成效，其中的感性与理性缺一不可。所以，在整个信息可视化设计中，信息思维的方法和过程是其核心。
（3）设计。视觉可视化设计是跨多专业领域的特殊学科，同时又是一个极具应用价值的设计。其整个思维和设计的过程都是包含着讲故事的分析语言，所以要先把信息整合筛选，并制作出“思维导图”，即用更接近人们思考的空间网状结构来设计信息，并将信息罗列出来；然后再将所要展现的信息针对不同的内容与层次创作设计出“分镜头语言”，也就是按照故事顺序将繁杂的信息数据转换成视觉形象，使读者能够最快速地将视觉符号与所要传递的信息内容自然地联系到一起，并能快速读懂作品中所包含的含义、概念、逻辑等。
（4）艺术。信息可视化不仅仅是“信息＋图像”简单的设计，它需要以信息内容为核心，通过对信息的收集、分析、筛选，理清思路，再运用巧妙的构思和独特的符合内容的创作，将要传递的信息内容用讲故事的方式展现出来；同时，运用艺术化的表现手法，创造出极富视觉冲击力的效果和极富信息内容的设计作品。其中，最难的当属怎样将感性艺术创作与理性逻辑思维的冲突表达出来。
4.意义
信息可视化是一种将不可见的数值或者其他类型的数据转化为可见的表现形式，并从信息的更深层次获得认知的一个过程。信息可视化将复杂的信息以图形图像的形式表现，让这些信息变得更易懂，可以让受众快速地理解信息，所以说，信息可视化也是一种放大人类感知的图形化表现方式。
信息可视化设计将信息数据与图形连接起来，能够简洁高效地将信息传递给受众。它将文字、数据或者概念提炼并简化，使得视觉中枢能更敏感地观察到其中重要的信息，并容易理解的可视化设计展示的信息。图1-10为“凯度信息之美”金奖设计作品《食品的节奏》。该作品使得受众能轻松愉快地接收信息。作品将数据、文字或者表格制作成更易于理解的形式，在处理大数据的时候能简明扼要地突出重点，并弥补受众之间的知识差距，将复杂的信息图形化、简单化，扫除了受众的学习障碍并加强了学习能力。直观地将数据展现出来，受众能更好地理解数字背后的意义。图1-11为希瑟·琼斯的信息图表作品《权力的游戏解码》。
图1-10 “凯度信息之美”金奖设计作品《食物的节奏》（2017年）
图1-11 信息图表作品《权力的游戏解码》（作者：希瑟·琼斯，2014年）
信息可视化研究逐步深化的同时，信息量和类型也在不断扩大，可视化的方式作出了相应补充。如今的信息可视化涵盖信息收集转换综合处理、视觉设计、数字媒体艺术、格式塔心理学和马斯洛需求理论等多领域归纳应用呈现信息的方法。图1-12是信息可视化在现代艺术设计领域的新形式、新方向。