35. 人类感知的数据可视化

By Stephen几

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数据可视化抽象信息的图形化显示是否有两个目的:意义解释(也称为数据分析)和交流. 重要的故事存在于皇冠官网登录的数据中，数据可视化是发现和理解这些故事的强大手段, 然后把它们展示给别人. 信息是抽象的，因为它描述的不是物理的东西. 统计信息是抽象的. 是否涉及到销售, 疾病发病率, 运动性能, 或者其他什么, 即使它不属于物质世界, 皇冠官网登录仍然可以直观地展示它, 但要做到这一点，皇冠官网登录必须找到一种方法，使没有形式的东西有形式. 这种将抽象转化为视觉的物理属性(长度, 位置, 大小, 形状, 而且 color(举几个例子)如果皇冠官网登录对……有所了解，皇冠官网登录就能成功视觉感知而且认知. 换句话说，为了有效地可视化数据，皇冠官网登录必须遵循设计原则源自于对人类的理解感知.

俗话说得好, “一幅图胜过千言万语”——通常情况下还不止如此——但前提是故事最好是用图形而不是语言来讲述，而且画面设计得很好. 你可以一整天都盯着一张数字表，但当你看到一张相同数字的好照片时，你永远也看不出什么是显而易见的. 请允许我举例说明. 下面是一个简单的销售数据表——一年的价值——分为两个地区:

图35.1

这个表非常好地完成了两件事:它精确地表达了这些销售值，并提供了一种有效的方法来查找特定地区和月份的值. 但如果皇冠官网登录要找规律的话, 趋势, 或者这些值之间的异常, 如果皇冠官网登录想快速了解这些数字所包含的故事, 或者皇冠官网登录需要比较一整套数字，而不是一次只比较两个, 该表失败.

现在看看下面这张相同信息的折线图:

图35.2

现在有几个事实映入眼帘:

国内销售一直大大高于国际销售.
国内销售全年呈上升趋势.
国际销售, 与此形成鲜明对比的是, 保持相对平稳, 但有一个明显的例外:8月份大幅下降.
国内销售呈周期性上升趋势, up, 下降——这种情况每季度都在重复, 总是在季度的最后一个月达到峰值，然后在下一季度的第一个月急剧下降.

当这些数字以文本形式出现在表格中时，它们无法传达什么, 皇冠官网登录的大脑通过语言处理来解释它, 在视觉交流时变得可见和可理解. 这就是“数据可视化”的力量."

虽然数据可视化通常具有之间的关系定量值，它还可以显示本质上不是定量的关系. 例如, 社交网站(如Facebook)上人与人之间的皇冠老牌网站或恐怖分子嫌疑人之间的皇冠老牌网站可以使用节点和链接可视化显示. 在下面的例子中, 人是节点, 用圆表示, 它们之间的关系就是链接, 用连接它们的线表示.

图35.3

以实体之间的关系为特征的可视化, 比如上面例子中的人, 也可以通过添加定量信息来丰富吗. 例如, 任何两个人互动的次数都可以用连接他们的线的粗细来表示.

35.1历史背景下的数据可视化

至少从公元2世纪开始，人们就开始将数据排列成表(列和行).E., 但是，直到17世纪，用图形表示定量信息的想法才出现. 对于这个创新皇冠官网登录要感谢法国哲学家和数学家勒内·笛卡尔. 他发明了一种二维坐标系统来显示数值, 由一个变量的水平轴和另一个变量的垂直轴组成, 主要作为一种执行数学运算的图形方法. 直到18世纪后期，皇冠官网登录才开始利用图形的潜力来进行定量数据的交流, 这要感谢苏格兰人威廉·普莱费尔. Playfair开创了许多今天常用的图表. 他是第一个使用从左到右上下移动的线条来显示价值观随时间变化的人, 如下面的例子所示. 他还发明了条形图, 在他休假的一天，他发明了饼状图, 皇冠官网登录后来发现这种方法相对无效, 因为它将值编码为视觉属性(主要是每个切片的面积以及它在饼的中心形成的角度)，皇冠官网登录不容易感知和比较.

普莱费尔在他的《商业与政治地图集》(1786)中收录了这张图表，以反对英国通过国债为殖民战争提供资金的政策.

图35.4: Playfair在他的论文中收录了这张图表 商业和政治地图集 (1786年)反对英国通过国债为殖民战争提供资金的政策.

随着时间的推移，定量图的使用逐渐增多, 但直到20世纪下半叶，他们的方法和有效性才有了很大的发展. 雅克·贝尔坦在1967年出版了这本书，为过去半个世纪所取得的大部分进展奠定了基础 Semiologie图表 (图形的符号学， Bertin 1967). 他的工作非常关键，因为他发现视觉感知是根据可以遵循的规则来运行的，这些规则可以直观地表达信息, 很明显, 准确地, 有效地.

真正让皇冠官网登录认识到数据可视化作为一种探索和理解定量数据的手段的力量的人是普林斯顿统计学教授John Tukey, 谁在1977年提出了一种全新的统计方法 探索性数据分析.

In 1983, 今天在这一领域工作的人，他的名字比所有人都更广为人知, 爱德华•塔夫特, 出版了他开创性的著作 定量信息的可视化显示. 在这篇文章中，他指出，有一些有效的方法可以直观地显示数据，还有一些方法是大多数人都在使用的, 效果不太好. 同样在这个时期致力于改进数据可视化实践的还有William 克利夫兰, 谁为统计学家扩展和改进了数据可视化技术.

此后不久，学术界出现了一种新的研究专业，它被称为“信息可视化.在他们1999年的书中 信息可视化阅读:用视觉思考, 斯图亚特·卡, 运动员Mackinlay, 本·施奈德曼将当时最好的学术成果集中在一册书中，并做出了发现可访问的学术围墙之外(卡 et al 1999).

从21世纪开始, 数据可视化已经普及, 当它通过商业软件产品传播到大众时，往往是以一种可悲而无效的方式. 感激地, 在众多以表面上吸引人的方式促进数据可视化的产品中美学以上有用有效的数据探索, 推动实施, 和沟通, 有一些认真的竞争者正在帮助皇冠官网登录以实际而有力的方式发挥皇冠官网登录的潜力.

这个显示, 由相同数据集的多个视图组成, 是用Tableau软件创建的, 目前少数几个了解数据可视化的软件供应商之一.

图35.5:此显示, 由相同数据集的多个视图组成, 是用Tableau软件创建的, 目前少数几个了解数据可视化的软件供应商之一.

在那些为皇冠官网登录理解数据可视化做出贡献的人当中, 科林·威尔(Colin 制品)将其实践建立在对人类感知的理解之上. 威尔的两本优秀的书 信息可视化:设计的感知 (制品, 2004)和 设计的视觉思维 (制品 2008) -编译, 组织, 并解释皇冠官网登录从几个科学学科中所学到的皇冠老牌网站视觉思维和认知的知识，并将这些知识应用到数据可视化中.

35.给眼睛和心灵的图片

数据可视化的成功之处在于，它以一种皇冠官网登录的眼睛可以识别、皇冠官网登录的大脑可以理解的方式对信息进行编码. 做到这一点更像是一门科学，而不是艺术, 皇冠官网登录只能通过研究人类的感知来实现吗. 目标是将抽象的信息转换为易于理解的可视化表示, 有效地, 准确地, 有意义的解码. 考虑一个案例，当你需要帮助人们了解美国人的主要死亡原因时，如下表所示:

图35.6

为了实现这一目标，显示器应实现以下几点:

清楚地表明值之间的关系, 在这种情况下，哪个是部分到全部的关系——每种原因的死亡人数, 当总结, 等于这一年中所有的死亡人数.
准确地表示数量.
这样比较数量就容易了.
可以很容易地看到值的排序顺序, 比如从主要死因到最小死因.
让人们清楚地知道应该如何使用这些信息——他们应该用这些信息来完成什么——并鼓励他们这样做.

以图形方式显示此信息的传统方法包括一个饼图，如下所示.

图35.7

这个饼状图在多大程度上满足了皇冠官网登录的有效性标准? 让皇冠官网登录考虑每个需求.

这清楚地表明了你们之间的关系? 是的. 饼图的主要优点在于它清楚地表明了值之间的部分到整体的关系.
准确地表示数量? No. 饼图通过使用三个可视属性对值进行冗余编码:每个切片的面积, 夹角:每一片在饼中心形成的夹角, 以及每一片沿馅饼周长的长度. 即使这个区域, 角, 并对每个切片的周长进行了合理的计算, 它的失败在于皇冠官网登录不能准确地感知这些属性中的任何一个. 人类的视觉感知还没有进化到支持对区域的准确解码, 角, 或者曲线上的距离.
这样比较数量就容易了? No. 因为皇冠官网登录不能准确地感知这些值，所以皇冠官网登录也不能轻易或准确地比较它们. 此外, 在这个饼状图中, 因为已经用图例标记了切片, 皇冠官网登录被迫一遍又一遍地查找皇冠官网登录希望通过找到正确的颜色来进行比较的切片的含义, 哪一个往往很难辨别. 事实上，这个饼图是3d呈现的，这也使简单的比较行为变得复杂，因为视角扭曲了切片的相对大小和形状, 使底部的切片看起来比顶部相同大小的切片更大更突出.
可以很容易地看到值的排序顺序? No. 尽管这些切片是按照从最高值(心脏病)到顶部顺时针到最小值的顺序显示的, 排除最后的“所有其他原因”部分, 这个排名并不明显, 因为很难对切片进行比较. 例如, 由于3d效果，红色癌症切片似乎比蓝色心脏病切片更大, 哪个给了它更多的视觉重量. 这种饼图的3d渲染效果有时被用来故意误导.
明确了人们应该如何使用这些信息? 部分. 虽然饼图成功地鼓励人们对各个部分进行比较，以了解每个部分对整体的相对贡献, 它未能有效地支持这项行动.

鉴于这张饼状图无法与人类的感知相匹配, 让皇冠官网登录考虑另一种显示形式. 下面的柱状图显示了相同的一组值, 但以一种更容易被察觉的方式.

图35.8

让皇冠官网登录使用与之前相同的标准来回顾这个柱状图的有效性.

这清楚地表明了你们之间的关系? 是的. 就其本身而言, 条形图并不说明这些值之间的部分到整体关系的性质, 因为, 与饼图不同, 条形图也可以用来显示其他关系. 这个柱状图, 然而, 包含明确关系性质的组件, 包括标题(“总死亡人数。...)，尤其是总和为100%的那一列.
准确地表示数量? 是的. 每个条结束的水平位置和与x轴上的定量刻度相关的长度都以一种可以准确感知的方式编码这些值. 不同地区, 角, 以及没有共同基线的曲线的长度, 二维位置和长度的直线物体，如这些条, 哪些视觉属性具有共同的基线并彼此平行，皇冠官网登录可以高度准确地感知它们.
这样比较数量就容易了? 是的. 因为当这些值被编码成条形时，皇冠官网登录可以准确地感知这些值, 比较它们也很容易. 请注意，在比较饼的切片时不容易看到的这些条的长度差异是多么容易. 还要注意，当每个条共享相同的颜色时, 不像馅饼的切片, 颜色各异, 皇冠官网登录的眼睛被鼓励去比较这两根棒子，因为它们很相似. 因为条形图上直接标注了死因, 在比较值时，皇冠官网登录必须不再做图例要求的工作.
可以很容易地看到值的排序顺序? 是的. 因为棒子长度的差异很容易察觉, 他们的排名从高到低, 除了最后的"其他原因"一栏, 是显而易见的. 通过排列杠铃的顺序, 皇冠官网登录还通过在图表中放置价值最接近的死亡原因使比较变得更容易.
明确了人们应该如何使用这些信息? 是的. 应该比较这些柱状图，以了解这些死亡原因对总死亡人数的不同程度，这是显而易见的.

比较饼状图和柱状图的感知效果的目的并不是为了反对饼状图(尽管这种情况值得讨论), 但是为了说明 皇冠官网登录应该总是通过皇冠官网登录可以轻松地判断可视化的优点, 有效地, 准确地, 并有意义地理解信息所讲述的故事. 要做到这一点, 皇冠官网登录必须理解用于显示特定故事的各种图形方法的感知优势和劣势. 要做到这一点，皇冠官网登录必须理解感知.

35.3数据可视化与人类感知

数据可视化之所以有效，是因为它改变了感知和认知之间的平衡，从而更充分地利用大脑的能力. (我看到.这是由位于大脑后部的视觉皮层控制的, 是否非常快速高效. 皇冠官网登录毫不费力就能立即看到. 思考(我.e. 认知), 哪个主要由大脑前部的大脑皮层控制, 会更慢更低效吗. 传统的数据意义构建和表示方法几乎所有的工作都需要有意识的思考. 数据可视化将平衡转向更多地使用视觉感知, 尽可能利用皇冠官网登录强大的眼睛.

图35.9

对知觉科学最早的贡献之一是由心理学的完形学派做出的. 这项研究始于1912年，最初的目的是为了揭示皇冠官网登录是如何感知模式的, form, 以及皇冠官网登录所看到的组织. 两位创始人观察到，皇冠官网登录以特定的方式组织皇冠官网登录所看到的东西，以努力使其有意义. 努力的结果是一系列的完形原则感知，这在今天仍然被认为是对视觉行为的准确描述. 以下是一些可以为皇冠官网登录的数据可视化工作提供信息的原则:

接近	靠近的物体被视为一个群体.
相似	具有相似属性的对象(例如.g.颜色或形状)被视为一个群体.
外壳	对象周围似乎有一个边界(例如.g.(由一条共同颜色的线或区域构成)被视为一个群体.
关闭	开放的结构被认为是封闭的, 完整的, 只要有一种方法可以合理地解释它们，它们就是有规律的.
连续性	排列在一起或看起来是彼此的延续的对象被视为一个组.
连接	被连接的对象(e.g.)被视为一个群体.

除了信息可视化之外，各个学科的工作也对视觉感知和认知产生了新的见解, 如人为因素以及人机交互, 但没有哪个理论比认知科学的理论更具开创性, 特别是认知心理学. 今天, 用新的和改进的技术和方法来探索大脑, 提高数据可视化的感知有效性的机会比比皆是. 有两个研究领域尤其有用:

前注意视觉加工
注意和记忆的机制和局限性

数据可视化的最大优势之一是皇冠官网登录处理视觉信息的速度比口头信息快得多. 前注意视觉处理是在有意识意识之前自动发生在大脑中的部分. 它由几个阶段组成, 每一种都由专门的神经元处理，这些神经元被调整为检测从物体表面反射的光中包含的视觉信息的特定属性, 然后在皇冠官网登录的脑海中拼接成那个物体的画面. 皇冠官网登录可以使用这些基本属性, 比如长度的差异, 大小, 色调, 颜色的强度, 角, 纹理, 形状, 等等......, 作为数据可视化的构建块. 当皇冠官网登录以一种知情的方式这样做时, 皇冠官网登录有能力转移解码视觉显示内容所需的大部分工作, 比如一个图表, 从缓慢的意识, 大脑中能量密集的部分转移到需要较少能量的大脑中速度较快的部分, 哪一种会导致更有效的认知.

皇冠老牌网站注意力和记忆的研究表明，皇冠官网登录在意识中同时保持多个项目的能力是惊人的有限. 这种认知使皇冠官网登录依靠外部形式的信息存储来增强注意力和记忆力. 最有效的方法之一是对信息进行可视化编码, 这使得更多的信息被集中到工作记忆中有限的插槽中. 另一种方法是同时将几种信息视图放在皇冠官网登录的眼前, 因此，扩展了皇冠官网登录探索多维数据的能力，从多个角度进行比较，并看到皇冠老牌网站，如果皇冠官网登录必须一次消费这些视图，这将是不可能的, 由于工作记忆的限制. 好的数据可视化技术和技术, 正确地使用, 能否将皇冠官网登录的思维扩展到分析意义构建的新领域, 皇冠官网登录还只是刚刚开始挖掘这种潜力.

35.4未来发展方向

数据可视化领域最需要的是什么, 和其他领域一样, 并不总是最令人兴奋的，甚至不是特别创新的. 有时候，皇冠官网登录只是需要让那些有效的事情变得更容易. 这方面的一个例子是，一些软件供应商努力将数据可视化最佳实践构建到工具中, 比如默认的形式, 因此，做有效的事情更容易、更少时间，而做无效的事情更困难、更昂贵. 除了这些简单的, 简单但经常被忽视的改进, 其他一些地区也有铀浓缩的潜力, 如以下:

地理空间和网络显示(如节点和链接图)与其他形式的显示的集成，以实现无缝交互和同时使用.
协同数据意义构建的技术支持，将多个大脑的互补优势整合在一起.
数据可视化的应用超越了描述性统计到预测分析领域, 比如通过使用交互式预测视觉模型,
数据挖掘算法与数据可视化更紧密地集成，以查找有意义的模式，从而提供更好的方法来检查和探索这些模式.
改进的人机界面设备，以更快速和无缝的方式与数据可视化交互.

所有这些都在一定程度上被追求, 但如果更多的研究人员专注于解决皇冠官网登录当今世界面临的实际问题，就可以更快地利用它.

35.5在哪里了解更多信息

几所大学已经开发了专门研究和推进数据可视化的研究生课程. 马里兰大学, 斯坦福大学, 北卡罗来纳大学, 加州大学, 加州大学伯克利分校, 和佐治亚理工学院都是最好的. 虽然在计算机图形学和人机交互等更广泛领域的一些期刊中包含了皇冠老牌网站数据可视化的文章, 只有一份学术期刊专门报道该领域: 信息可视化杂志，由Palgrave Macmillan出版社每季度出版一次. 一些较小的出版物专注于使数据可视化实用并为更广泛的受众所访问, 比如 视觉商业智能通讯. 专门讨论这一领域的会议也很少. 最古老的是IEEE VisWeek, 其中包括完全致力于数据可视化的InfoVis和VAST(可视化分析科学与技术)子会议, 仍然是最大的，也许是最好的会议, 但该领域的重要工作也出现在其他具有更广泛视角的会议上, 如气 (人机交互)和SIGGRAPH.

刷新异常, 包括Tableau Software和TIBCO Spotfire, 两者都是学术工作的副产品, SAS无条件转移指令, 这源于对统计学的深刻理解, 还有其他一些相对较小的供应商, 正在逐渐从主导市场的大型软件公司——尤其是商业智能供应商——那里偷走他们应得的关注吗. 除了产品供应商, 一些研究实验室和咨询公司也在为该领域的发展和应用做出贡献, 包括微软研究院, 太平洋西北国家实验室, 流媒体, 眼睛的信息, 和感知边缘.

已经有好几本皇冠老牌网站数据可视化的好书了. 以下, 按时间顺序排列, 特别适用于实地调查和作为基本指导的来源:

塔夫特——爱德华·R. (1983): 定量信息的可视化显示. 柴郡，康涅狄格州，图形出版社	塔夫特的四本书都很出色，但他的第一本是最好的. 它为卓越的图形设计提供了一个鼓舞人心的案例.
克利夫兰——威廉·S. (1994): 图表数据的要素. 霍巴特新闻	数据可视化实践侧重于统计人员的需求.
哈里斯——罗伯特·L. (2000): 信息图形:一个全面的图解参考. 牛津大学出版社，美国	信息图形的百科全书参考.
卡——斯图尔特·K., Mackinlay——乔克·D. 而且 Shneiderman， Ben(编者).) (1999): 信息可视化阅读:用视觉思考. 学术出版社	截至出版日期，该领域最好的学术研究概述.
几， Stephen (2004): 给我看数字:设计表格和图形来启发. 分析新闻	一个访问, 实用, 并全面指导设计的表格和图形通信.
制品，科林(2008): 视觉思维:用于设计. 摩根考夫曼	对视觉感知和认知的生动介绍，因为它与数据可视化有关.
几， Stephen (2009): 现在你看到了:定量分析的简单可视化技术. 分析新闻	一个可访问的和实用的指南数据可视化分析.

许多博客和在线论坛都以数据可视化为特色——有些是经过深思熟虑的, 基于专业知识, 还有一些则带有网络上常见的浅薄. 以下是一些最好的例子:

塔夫特.com (ddd)
感性的边缘 (Stephen很少)
渴望的眼睛 (罗伯特·Kosara)
视觉的复杂性 (Manuel利马)
流动数据 (Nathan邱)
数字图片 (迈克Dickison)
即时认知 (克林特·葛)

35.6参考文献

卡——斯图尔特·K., Mackinlay——乔克·D. 而且 Shneiderman， Ben(编者).) (1999): 信息可视化阅读:用视觉思考. 学术出版社

克利夫兰——威廉·S. (1994): 图表数据的要素. 霍巴特新闻

几， Stephen (2009): 现在你看到了:定量分析的简单可视化技术. 分析新闻

几， Stephen (2004): 给我看数字:设计表格和图形来启发. 分析新闻

哈里斯——罗伯特·L. (2000): 信息图形:一个全面的图解参考. 牛津大学出版社，美国

塔夫特——爱德华·R. (1983): 定量信息的可视化显示. 柴郡，康涅狄格州，图形出版社

制品，科林(2008): 视觉思维:用于设计. 摩根考夫曼

TOC章

人类感知的数据可视化
35.1历史背景下的数据可视化
35.给眼睛和心灵的图片
35.3数据可视化与人类感知
35.4未来发展方向
35.5在哪里了解更多信息
35.5.0.计算系统中的人为因素
35.5.0.2 SIGGRAPH -计算机图形学和交互技术国际会议
35.5.0.3 infoovis - IEEE信息可视化研讨会
35.6参考文献

人机交互:皇冠老牌网站的基础

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35.6 罗纳德·A评论. Rensink

35.6.1 四个未来和一段历史

Stephen几很好地概述了为什么皇冠官网登录应该设计有效的数据可视化, 以及为什么在这样做的时候理解人类的感知是很重要的. 事实上，他在这方面做得非常好，以至于我无法为他的论点补充太多. 但是我可以, 然而, 把基本信息再进一步推一下, 在他讨论之前和之后的时代. 去那些不太出名的地方, 或者没有真正发展, 新的机会和新的危险在哪里...

也许最好的开始就是开始. 讨论可视化的开始并非没有问题, 如果仅仅是因为存在几种不同类型的可视化——例如, 数据可视化, 信息可视化, 科学可视化. 但是不管用什么形容词，皇冠官网登录通常发现它的历史比皇冠官网登录想象的要广泛得多. 例如, 尽管笛卡尔在17世纪确实对定量数据的图形显示做出了贡献, 早在三个世纪前，人们就已经用图表来表示温度和光强等事物了. 事实上, as Manfredo Massironi discusses in his book (Massironi, 2002; p. 131), 早在11世纪，位移等量就被描绘成时间的函数. 但是，尽管这些事实本身可能令人感兴趣, 更重要的一点是，图形表示的技术已经发展了许多世纪, 其中许多技术后来都被遗忘了——也许不再流行了, 或者从一开始就没有广泛应用. 但他们被解雇的理由在当今时代可能并不一定适用. 事实上, 有几种技术可能很适合现代技术, 所以可能值得以这样或那样的形式复活. 马西罗尼的书有助于发现这种可能性.

展望未来. 或者更准确地说, 皇冠老牌网站进一步发展可视化和心理学之间有用皇冠老牌网站的方法. 首先, there is potential for considerably more integration between vision 而且 visualization than currently exists; much more processing could be offloaded to the viewer's visual cortex. 正如Stephen几提到的, 这样做的一种方法是利用简单的预注意属性，如长度, 取向, 和色调. 但最近的视觉科学研究表明，视觉的前视水平所包含的视觉智力远远超过这一水平. 除此之外, 预注意过程可以确定阴影, 提取三维定位, 并将图像中分散的元素链接到统一的组中. 这些能力可以在更强大的可视化中得到利用. 最近取得进展的另一个领域是皇冠官网登录对视觉注意力和场景感知的理解. 皇冠官网登录对世界的视觉感知似乎是基于一种即时结构，即注意力在正确的时间被引导到正确的对象上. 是否能够正确处理相关的协调机制, 它将开启一种前景，即以一种像观察物理世界一样自然和轻松的方式“观察”抽象数据集. (对这些发展及其影响的简要概述可以在Rensink, 2002中找到.)

一个相关的机会是更多地使用视觉类比(或隐喻). 在这里, 重点不再是绕过有意识的思考, 而是使用最适合于推理视觉空间对象和过程的思维模式. 例如, 在讨论物理力的时候, 一个非常有用的比喻是直线, 或箭头. 一个更现代的例子是桌面, 它允许用户对他们的计算机上可能的操作进行推理. 就像视觉感知一样, 迄今为止，许多(如果不是大多数)进展都是基于对相关机制的相对肤浅的理解. 但考虑到认知科学家对隐喻的了解更多, 也许是时候考虑以更复杂的方式使用它了. 最终, 可视化可能能够创建与任何流程或任务的结构自然对应的心理图像. (有关这方面的有趣讨论，请参阅Paley, 2009.)

第三个潜在的重要方向是在实验心理学发展的方法论基础上创造更强大的评估方法. 心理学家花了几个世纪的时间研究什么该做(什么不该做)，以获得对人类行为各个方面的精确测量. 从中吸取教训会很好. 当然，其中一些技术已经用于评估. 但在认知和知觉机制的例子中, 这里的知识转移还远远没有完成, 还有很多事情可以做. 例如, 考虑评估一个给定的散点图设计如何很好地传达数据集中的相关性. 在过去, 这是通过向观众展示散点图并要求对(感知的)相关性进行数值估计来完成的. 但更有效的方法是借用测量可见差异(jnds)的实验方法:观众会看到两个并排的散点图, 然后让他们选择更相关的一个. 基于这种方法的结果表明，精度和准确性都是由两个仅受两个参数控制的两个函数在所有相关性上指定的. 结果是, 一个给定的散点图设计可以完全基于两个简单的测量来评估. (详情见Rensink 而且 Baldridge, 2010.)

最后一个要考虑的方向——也许是最具挑战性的——是开发一种系统的方法来确保可视化设计是最优的(或者至少是最优的), 很好)利用人类的感知和认知. 从理论上讲，这可能会导致“设计科学”的产生。. 在实践中, 这可能是不可能的, 如果只是因为可能的设计的数量是如此之多，而皇冠官网登录对人类认知的理解是如此的不完整. 但也可以借鉴其他设计领域的做法, 并以一套原则为目标，至少可以限制考虑可能性的空间. 例如, 基于物理力或材料特性的约束可以应用于任何建筑设计, 决定它是否可行. 没有 先天的 为什么类似的方法也不适用于可视化. 贝尔坦的努力也许是朝着这个方向的一个开始, 提供皇冠老牌网站可能应用于各种问题的图形表示的建议. 塔夫特、麦金莱、韦尔和其他人的研究进一步扩展了这一点. 但是不管这些建议有多有用, 皇冠官网登录距离思考有效可视化的坚实基础还有很长的路要走. 许多基本问题仍然知之甚少. 可视化中究竟发生了什么? 有没有一种方法可以准确客观地描述这个过程? 原则上是否有可能确定给定的可视化是否以最佳方式利用了观众的感知和认知资源? 这些问题以及其他类似问题的答案将很难找到. 但它们将决定皇冠官网登录能在多大程度上使人类和机器最好地结合各自的优势.

35.6.2 参考文献

Massironi, M. (2002). 平面图像的心理学:看、画、交流. Matwah NJ: Erlbaum.
佩利,W.B. (2009). 界面与思维. 资讯科技-资讯科技, 51: 131-141.
Rensink R.A. (2002). 内部和. 视觉知觉中的外部信息. 第二届智能图形国际研讨会论文集: 63-70. [Smart Graphics 2; Hawthorne, NY, USA.]
Rensink R.A.鲍德里奇·G. (2010). 散点图中相关性的感知. 计算机图形论坛, 29: 1203-1210.

35.7 娜奥米·B评论. 罗宾斯

Stephen几写了一篇皇冠老牌网站数据可视化和设计图形以利用皇冠官网登录对人类感知和认知的知识的必要性的出色描述. 在这篇评论中，我质疑是谁对忽视了这一知识的无数可视化负责:软件供应商, 软件用户或其他人? 除了, 我指出，在地理空间和其他形式的数据显示的集成方面，值得更多地展示的重要工作, 这是利特尔最需要的话题. 我以额外的资源来了解更多.

35.7.1 负责许多数据可视化的感知问题

几的文章指出:

“从21世纪开始, 数据可视化已经普及, 当它通过商业软件产品传播到大众时，往往是以一种可悲而无效的方式.”

当然, 软件供应商负责提供许多图表形式，阻碍而不是帮助读者理解数据. 供应商提供图表是为了让观众惊叹，而不是为了清晰地交流，他们创造了对无效图表的需求. 但是，它们并不仅仅是造成无数具有感知问题的图表的原因.

人们从他们看到的东西中皇冠官网登录，他们看到了许多无效的图表. 然后软件用户要求软件允许他们模仿这些无效的设计. 这让皇冠官网登录陷入了先有鸡还是先有蛋的两难境地:供应商是否因为客户的需求而产生了这些糟糕的可视化, 或者当客户看到供应商推销的东西时，他们会被吸引吗?

无效方法的一个例子包括柱状图中的伪三维. 图1显示了Excel中的伪三维柱状图. 几乎没有人能正确阅读. 我用这个图描述了其他问题 创建更有效的图形 [1].

版权状况:未知(有待调查). 中“例外”一节版权条款下面.

图35.1:几乎没有人能正确地阅读这个简单的图表. 标绘的数字是1、2和3. 如果你不相信，可以自己在Excel里画出来

许多图形艺术家对数据可视化领域做出了重大贡献. 然而, 有一些图形艺术家对数字没有鉴赏力，没有意识到图形中数字的表示应该与它们所表示的数字成正比. 因此，经常会看到图表不是按比例绘制的.

一些图形设计师想要给人一种比实际情况更好的印象，并故意设计一些误导人的图形来达到这种印象. 其他图形设计师可能更关心展示他们的技术能力或艺术能力，而不是清晰准确地传达信息. 直到最近，皇冠官网登录的教育系统还没有提供数字交流的培训. 今天, 大学里有一些很好的课程，但大多数人得到的很少, 如果有任何, 表示数字信息的训练. 因此，许多图形设计者不了解有效图的原理. 有些问题是由于缺乏校对和粗心的错误造成的.

打个比方，现在流行的一种款式是高跟鞋. 对“高跟鞋的危害”的快速搜索显示，穿高跟鞋的人拇外翻手术的数量和脚痛的数量都在增加, 背部疼痛和颈部疼痛. 在某些情况下，跟腱会变短. 平衡受到影响，摔倒的风险更大. 这样的问题不胜枚举. 是鞋子设计师, 鞋厂, 销售鞋子的零售店或购买鞋子的顾客要为医疗问题的增加负责? 这种情况与数据可视化类似吗? 两者都会导致严重的问题:一种情况下是糟糕的商业决策，另一种情况下是痛苦和痛苦以及不必要的医疗费用. 我希望这些问题能引发有趣的讨论.

35.7.2 地理空间展示与其他展示形式的整合

在他皇冠老牌网站未来方向的部分, 很少有人提到提供丰富潜力的领域，包括地理空间显示与其他形式的显示的集成，以实现无缝交互和同时使用. 几位研究人员在这一领域取得了进展. 例如, Dan Carr[1]和[2]的微地图设计为统计信息添加了地理背景, 允许联合探索数据中的统计和地理模式. 如图2所示，统计图形(这里的点)按颜色链接到小地图. 在第一行, 皇冠官网登录可以看到马里兰州用红点表示，所以马里兰州在右边地图上用红色阴影表示. 按贫困程度分类, 皇冠官网登录看到，不仅贫穷和教育是反比的, 但美国南部有一个地理集群.S. 这些变量的状态.

图35.2: Carr和Pickle[1]的微地图设计示例

35.7.3 从哪里了解更多信息

数据可视化不属于单一的学术学科. 统计学家, 计算机科学家, 心理学家, 图形设计师和其他人实践并为数据可视化做出贡献. 几提到的大学课程和资源严重倾向于计算机科学. 乔治梅森大学提供了一些将统计图形学与计算机科学结合起来的优秀课程, 爱荷华州立, 奥格斯堡大学. 还有很多其他的. 我将把它留给其他评论员来补充在认知心理学和平面设计方面的优秀课程. 计算与图形统计杂志, 美国统计协会的联合出版物, 北美数理统计研究所和界面基金会是另一份皇冠老牌网站该主题的学术期刊. 统计计算统计图形通讯(SCGN)是另一种非正式出版物. 虽然联合统计会议并不专门讨论统计图形和数据可视化问题, 统计图形科主办的会议和小型会议一样多.

我想在“需要什么”列表中添加的一项是计算机科学家之间更好的交流, 平面设计师, 心理学家和统计学家. 更多的联合会议和参加彼此的会议将有助于每个学科从其他学科的研究中受益.

35.7.4 参考文献

丹尼尔·卡尔. 和琳达·威廉姆斯·皮克. 2010. 使用微地图可视化数据模式. 查普曼和霍尔/CRC，博卡拉顿，佛罗里达州.
卡尔DB，沃林JF和卡尔DA. 流行病学应用的两个新模板:链接微图图和条件chorpleth图. 医学统计学 19:2521-38, 2000.
娜奥米·罗宾斯. 2005. 创建更有效的图形. 约翰威利父子，霍博肯，新泽西州.

35.8 罗伯特·科萨拉评论

35.8.1 隐喻与互动

Stephen几在他的文章中只简单提到了一个重要的话题，那就是互动. 静态图表和可视化无疑是有用的, 它们几乎没有利用到皇冠官网登录今天所拥有的巨大的计算能力. 可视化中的交互使快速探索和发现用户可能没有预料到的数据模式成为可能. 同时也可以减少显示的数据量, 提供更清晰的可视化, 同时，用户仍然可以选择在任何时候获得所需的信息.

Ben Shneiderman在他著名的视觉信息搜索咒语中捕捉到了交互的作用(Shneiderman, 1996): 首先概述，缩放和过滤，然后按需详细说明. 抽象信息空间需要概览，以便用户知道在哪里可以找到数据, 但随后有必要放大以查看细节. 在处理较大的数据集时，过滤数据非常重要. 最后, 用户可以根据需要检索显示内容(以及未显示内容)的详细信息. 所有这些步骤都需要交互, 用户告诉可视化他或她想要看到什么.

35.8.2 简单的交互

其中最简单的交互是当用户指向可视化的某个部分时出现的工具提示或其他数据显示. 就拿上面几文章中的死亡原因柱状图来说:这些数字完全可以按需显示, 可能不仅包括百分比，还包括总数. 也, 可以从活动条的末端到顶部的刻度画一条垂直线, 为了便于在上下文中看到条形图.

这种类型的互动是毫不费力的，很容易发现:只需将鼠标移动到显示器上，看看是否发生了什么. 在图表中显示数字也相当常见. 但真正的力量来自更高级的互动.

35.8.3 链接和刷屏

刷牙允许用户选择在相同数据的一个或多个视图中突出显示的数据点. 当涉及到几个视图时, 事实上，他们都强调相同的数据点通常被称为链接 (并且视图被称为 协调多个视图). 考虑这个皇冠老牌网站泰坦尼克号乘客数据的链接条形图的例子. 每个柱状图代表一个数据维度(类, 性别, 年龄, 和幸存下来), 这张直方图显示了每个类别中有多少人.

罗伯特·科萨拉提供. 版权状况:未知(有待调查). 中“例外”一节版权条款下面.

图35.1

找出每个类别中有多少人幸存下来, 皇冠官网登录将选择相关的条, 谁将在所有视图中刷这些数据点. 皇冠官网登录现在可以比较不同性别、不同阶层的存活率. 通过观察它们各自的栏有多少被高亮显示.

罗伯特·科萨拉提供. 版权状况:未知(有待调查). 中“例外”一节版权条款下面.

图35.2

对于单个数据点的机制非常相似，而不是像本例中的汇总数据. 通过尝试不同的可能性，刷刷和链接可以在数据中找到高维关系.

35.8.4 隐喻与结构

隐喻在可视化方面有着复杂的历史. 人们甚至不清楚隐喻是什么:许多人谈论视觉隐喻时，他们指的是描述数据的不同方式, 但其他人则专门使用它们来进行一些美化的可视化(生长的花朵代表聊天室的流量), 等.).

我想在这里补充的是两者的结合, 也许最好概括为结构:可视化中元素之间的关系如何影响人们如何读取数据? Caroline Ziemkiewicz和我在这个话题上做过研究, 皇冠官网登录发现，整体结构的作用比大多数人想象的要大.

当比较不同类型的树可视化时, 皇冠官网登录发现不同的研究得出了不同的结论，基于在问题中使用了哪个隐喻，哪种方法更好:A包含在B中, 或者A在层次结构中低于B. 皇冠官网登录做了一项研究，发现有, 事实上, 问题中使用的语言隐喻和可视化的视觉隐喻之间的兼容性效应(Ziemkiewicz和Kosara), 2008).

皇冠官网登录最近表明，在可视化中，物体之间存在明显的重力影响，可以扭曲距离的感知(Ziemkiewicz和Kosara), 2010).

35.8.5 未来

虽然皇冠官网登录知道很多皇冠老牌网站如何创建合理的可视化, 还有很多皇冠官网登录不知道或还没有意识到的. 即使是看似基本的知识，比如可视化布局如何影响皇冠官网登录对数据的阅读，也需要更多的工作来理解，并将其转化为有用的建议和最佳实践.

交互在可视化研究中并不是一个新课题, 但在许多可视化和图表程序中仍然相当初级. 才能真正释放想象的力量, 这些程序将需要更先进的功能，以及让用户了解其交互功能的方法. 可视化所提供的东西比今天大多数人所意识到的要多得多.

35.8.6 参考文献

Shneiderman, Ben(1996):眼睛拥有它:信息可视化数据类型分类的任务. In: VL 1996 1996. pp. 336-343.
Caroline Ziemkiewicz, Robert Kosara，视觉隐喻对信息的塑造《皇冠老牌网站》，卷. 14, no. 6, pp. 1269-1276, 2008.
Caroline Ziemkiewicz, Robert Kosara，吸引力法则:从感知力到概念相似性《皇冠老牌网站》，卷. 16, no. 6, pp. 1009-1016, 2010.

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数据可视化视觉感知皇冠老牌网站人机交互(HCI) 设计历史可视化表示

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