3.4.1　标记和视觉通道

1967年,Jacques Bertin初版的Semiology of Graphics一书提出了如图3.14所示的图形符号与信息的对应关系,奠定了可视化编码的理论基础。

视觉编码介绍

图3.14　图形符号与信息的对应关系

数据可视化的核心在于可视化编码,而可视化编码由几何标记和视觉通道组成。在可视化设计中我们将常见的几何标记定义成图表类型。根据几何标记可以代表的数据维度来划分,如图3.15所示几何标记分为:

零维,点是常见的零维几何标记,点仅有位置信息;

一维,常见的一维几何标记有线;

二维,二维平面;

三维,常见的立方体、圆柱体都是三维的几何标记。

图3.15　几何标记示例

不同标记在不同的坐标系下具有不同的自由度。如图3.16所示,坐标系代表了图形所在的空间维度,而图形空间的自由度是在不改变图形性质的基础下可以自由扩展的维度,自由度=空间维度-图形标记的维度,那么:

点在二维空间内的自由度是2,就是说可以沿x轴、y轴方向进行扩展;

线在二维空间内的自由度是1,也就说线仅能增加宽度,而无法增加长度;

面在二维空间内的自由度是0,我们以一个多边形为示例,在不改变代表多边形的数据前提下,我们无法增加多边形的宽度或者高度;

面在三维空间的自由度是1,我们可以更改面的厚度。

图3.16　标记自由度示例(https://www.daowen.com)

图形标记的自由度与数据能够映射到图形的视觉通道size(大小)相关,从这个角度上来讲:点可以映射两个数据字段到点的大小上(当然现实中我们仅仅映射一个);线可以映射一个数据字段到线的宽度;柱状图的矩形可以映射一个数据字段到宽度上;封闭的多边形无法使用数据映射到大小。

视觉通道(如图3.17所示)是用于控制几何标记的展示特性的,包括标记的位置、大小、形状、方向、色调、饱和度、亮度等。

图3.17　视觉通道示例

人类对视觉通道的识别有两种基本的感知模式。第一种感知模式得到的信息是关于对象本身的特征和位置等,对应视觉通道的定性性质和分类性质;第二种感知模式得到的信息是对象某一属性在数值上的大小,对应视觉通道的定量性质或者定序性质。因此我们将视觉通道分为两大类:

(1)定性(分类)的视觉通道(如形状、颜色的色调、空间位置);

(2)定量(连续、有序)的视觉通道(如直线的长度、区域的面积、空间的体积、斜度、角度、颜色的饱和度和亮度等)。

然而两种分类不是绝对的。例如,位置信息,既可以区分不同的分类,又可以分辨连续数据的差异。

进行可视化编码时我们需要考虑不同视觉通道的表现力(如图3.18所示)和有效性,主要体现在下面几个方面:

(1)准确性,是否能够准确地在视觉上表达数据之间的变化;

(2)可辨认性,同一个视觉通道能够编码的分类个数,即可辨识的分类个数上限;

(3)可分离性,不同视觉通道的编码对象放置到一起,是否容易分辨;

(4)视觉突出,重要的信息,是否用更加突出的视觉通道进行编码。

图3.18　视觉通道表现力

可视化编码的过程可以理解为数据的字段和可视化通道之间建立对应关系的过程,它们的映射关系如下:

*一个数据字段对应一个视觉通道(1:1)

*一个数据字段对应多个视觉通道(1:n)

*多个数据字段对应一个视觉通道(n:1)