顶级科技期刊封面可视化及典型案例研究

王国燕　姚雨婷

[摘 要] 可视化是将对象内容转化为视觉表征符号的一种手段，有利于内容的被理解、传播和再创造。本文探讨顶级科技期刊封面在实践中对可视化方法和技术的应用及发展，以典型封面案例作为研究对象，分析多视角下科技期刊封面创作的内容建构要求、手段、思路与被选择的影响因素，以期提高我国科技期刊对封面设计的重视度和创造力，提升可视化在科学传播中的影响和效用。

[关键词] 科技期刊 可视化 案例研究 视觉传播 科学传播

[中图分类号] G237 [文献标识码] A [文章编号] 1009-5853 （2015） 02-0046-05

1 视觉信息及可视化手段的重要作用

视觉是人类接受信息的重要渠道。视觉语言形态是基于视觉符号体系并通过传播而构筑的人类核心文明形态之一，与语言文字一起构成人类交流思想和传播文化的主要方式[1]。麦克卢汉认为，任何一种新技术的发明和运用（感觉的延伸）都改变着我们思想和行为的方式，即我们感知世界的方式[2]。现代计算机图形技术、信息传播技术尤其是网络和新媒体技术的发展和突破，为可视化内容的生产和传递提供了前所未有的拓展环境。视觉信息的传播内容和传播形式因此发生蜕变，逐渐变得多层次化和全方位化，这些变化给人类的认知带来巨大的影响，甚至可能引发根本性的变革。

“可视化”一词源于英文visualization，作为专业术语首次出现在美国国家自然科学基金会（National Science Foundation）关于“科学计算可视化”（Visualization in Science Computing）的定义中[3]，随后又发展出知识可视化等。可视化的主要理论基础之一是双重编码理论（the Dual Coding Theory），由加拿大心理学家阿伦·佩维奥（Paivio）在1969年提出，认为大脑中存在两个相辅相成的认知系统：语言系统和非语言系统，会分别处理文字和图像信息，因此拥有语义和表象双重编码的信息更容易被快速搜索到。可视化把数据和信息以图解的手段表示出来，相比于单纯的文本信息，更能帮助人类正确理解、记忆和重构内容，这样的视觉转码形式对受众进行知识管理大有裨益[4]。

2 可视化在科技期刊封面中的应用

科技期刊是科学研究中新学说、新方法、新规律和新观念的首要传播平台，其封面图像在塑造期刊形象，促进科学知识的理解、传播、创新、合作和应用等方面具有重要意义，是可视化手段在平面设计中的一种应用形式。科学和艺术本是世界的一体两面，一元化的求知和多元化的审美是人类的共同内在需求。科技期刊封面可以通过可视化手段进行视觉图像创作，将科学中固有的、内隐的美外显化、生动化，使其不仅能够承载科学的内涵与精神，也能发挥视觉语言的修辞和延伸能力，在传递科学知识本身的同时，依托视觉艺术的魅力形成内容的扩散和溢出效应。

过去，科技期刊封面通常以仅印刷简单的色彩填充或者本期目录等方式呈现。随着“图式转向”时代的到来和可视化手段的兴起，越来越多的期刊开始采用连续、动态的视觉艺术作品作为封面，尤其是配合应期的封面文章或封面专题进行定制化创作。有数据表明，封面文章的被引次数远远高于普通文章，顶级科技期刊的封面可视化丰富程度也明显超出所有期刊的平均水平。这两点无疑从实践上论证了期刊封面的可视化表达已成为科学家和科学传播者的关注重点，也是科技期刊发展的重要方向之一。

3 多视角下科技期刊封面创作与选择的案例研究

可视化是创建科技期刊封面的出发理念和基础手段，但如何将其实际运用到创作当中，协调构思与要求、标准等多方面因素的影响，是十分值得探讨的。创作者在构建科学知识可视化图解时不仅要考虑科学性、准确性，更要注重视觉表达的艺术性、美学性。调研发现，期刊封面中常见的图解手段有：多元化地展示具体研究对象（如照片展示、计算机建模和美术描绘等），故事化地解释技术和原理以及具象化地引出概念和思想等。科技期刊在筛选和确定封面图片时，要从出版者的办刊理念和学术追求、核心受众的认知能力、审美偏向等角度考虑，力求展示和塑造期刊独特的品牌形象。

3.1 构图元素在封面设计中的继承与变换

意大利著名作家卡尔维诺（Italo Calvino）曾在《看不见的城市》（Le citt？invisibili）中描述，“眼中所见的不是物品，而是意味着其他事物的物品的形象”[5]。同样，科学研究中的对象、数据、工具、方法、思想及其发展和转换而成的知识，都可以通过直接或间接的可视化手段，使用各种构图元素来建构和表达。这些视觉符号的组合和交织，能创造出有别于语言文字的秩序和韵律，在更多的层次上审视、丰富和延伸我们对世界的认知。在科技期刊的封面设计中，有些构图元素的出现十分频繁，创作者们善于将这些经典元素或传统或推陈出新地勾画出来，“意味”出科学知识中的点滴。合理利用可视化元素构建科学图解，可以起到引导、修正和发散的作用。以下借几个典型案例说明。

3.1.1 研究对象中的实验动物——小鼠

生物学实验中经常以动物为实验对象来研究生物体的生理与行为特征，并由此推及对人体的研究。在以动物为视觉符号的封面设计中，小鼠、牛、小猴等形象出现频率较高。各种实验环境下、摄像镜头下和绘画笔触下的小动物，传达着丰富多彩的知识内容。

在2010年7月9日《细胞》（Cell）的封面研究成果中，科学家认为复杂的物理和社会环境刺激可以减少生活在其中的动物癌细胞的增殖扩散。封面图片（图1）展示了实验过程：一只患有肿瘤的小鼠被放进具有充足同伴和玩具的环境中，丰富的社交活动促进它下丘脑中的脑源性神经营养因子（BDNF）的生成，脑源性神经营养因子通过交感—脂肪细胞轴能阻止瘦素的生成，进而降低肿瘤的生长并达到一定程度的缓解。图画主要以黑白铅笔画的方法描绘，在实验鼠体内的生理活动图解中使用彩色3D模型辅以解释，有助于准确且突出地表达该研究的核心知识。2014年4月14日《癌细胞》（Cancer Cell）封面文章认为，通过一个异位GATA2基因增强子导致EVI1的异常激活作用，会促发白血病。图中（图2）远端穿绿色衬衫的卡通小鼠（GATA2增强子）逃离它的母亲（GATA2基因）闯入溜冰场中，撞向摇摇欲坠的穿紫色衬衫的旁观小鼠（EVI1基因），将遭遇灾难性危险（白血病）。

图1 《细胞》 图2 《癌细胞》

3.1.2 生命的序列与动态之美——碱基和DNA

被称为生命奇迹源程序的DNA，由A、T、C、G四种不同碱基对的线性排列与两条长链骨架结合而成，环绕自身中轴形成一个双螺旋形态。其中，碱基的配对和排列是稳定的、线性的，展现出一种对称和呼应的序列美，蕴含遗传密码的DNA分子，更是以简洁、优雅的双螺旋结构显示了生命起伏、盘旋的动态之美。因此，碱基和DNA经常以各种创意性形态出现在以生物学、医学、化学为主题的科技期刊封面中。

2013年2月《基因组研究》（Genome Research）聚焦表观遗传学，封面图片（图3）采用一幅红色的剪纸艺术作品：右侧一支从萌芽到开花的牵牛花象征生物学过程的动态性，由主茎向侧旁伸展的藤蔓拉引出三行五线谱组成的和弦，围绕着相同的基因歌词（即第一行中的碱基序列）奏出不同的旋律，象征性地表达同一株植物上的细胞虽然有着同样的DNA序列，但由于表达修饰上的差异（即三行五线谱上的不同音符），会呈现完全不同的性状。本图从时间和空间两个维度勾画了表观修饰对基因显型的影响，用奇妙的构思表达了深刻的自然科学原理。2013年4月《自然：方法学》（Nature Methods）封面故事宣布已经可以在斑马鱼体内实现传统的基因定位和替换技术。封面（图4）以中国水墨画的风格描摹了这一场景：游动的斑马鱼身前的两条白色绑带交叉缠绕为双螺旋结构，实验人员手中的探针和黑色长链象征着该基因工程技术的应用。除此之外，闪闪发光的带状星河、成对缠绕的电话线、立面视角下的旋转楼梯、螺旋管节能灯泡、藤蔓植物的倒影等，都曾被用作双螺旋结构的形象表征。

图3 《基因组研究》 图4 《自然：方法学》

3.1.3 认知和创新的中枢——人脑

大脑是我们感知世界、认识世界、创造世界和改变世界的主要器官，所以，科学研究中无论是具象到对生物体的生理研究，还是抽象到自然生命对物理环境与哲学环境的认知心理研究，都往往必须或者适合用“大脑”的图像符号来表征意义，引出话题。

2013年4月19日《科学》（Science）封面专题认为，21世纪的科学劳动需要新技能和新知识的扩充，以跟上不断变化的技术发展。更多和更大的研究群体开始呼吁扩大和改善科学教育，以保证他们获取知识的权力和渠道。封面图片（图5）中纯色的书籍、地球仪、几何体、学位帽、实验仪器、作图尺规、分子式和原子模型等具有共识性科学特征的物件填充出一个人类头脑的形状，清晰并新颖地引出科学教育面临的巨大挑战。2011年12月电子期刊《生化学家》（The Biochemist）发表由美国布兰迪斯大学（Brandeis University）学生团队采编的研究专题《感知学》（Science of Sensation），图中（图6）大脑和脊髓组成的中枢神经系统的造型，让人感觉像是一朵暗夜里的蓝色妖姬，既科学合理，又有强烈的艺术观赏效果。

图5 《科学》 图6 《生化学家》

3.1.4 地理空间与地缘关系的表形——地图

地图作为一种常见的视觉符号，经常在科技期刊封面中用来表征不同含义。它既可用来指代天文与地球研究中的实验对象，又可以作为诸如基因漂流、信息传播等现象的地理位置意义背景，还可以用来表明区域性或全球性的影响范围等。

2013年4月4日《细胞：干细胞》（Cell Stem Cell）封面（图7）绘制了一幅复古风格的航海寻宝图，寓意细胞实现重编程过程中可能遇到的各种阻碍和解决路径，多桨的中国帆船寓意重编程过程中细胞内部的多种动力和复杂调控网络：风帆对于帆船的调控比喻Tet1对于DNA的修饰调节，证明Tet1是快捷安全地实现重编程的重要动力。图8封面中直降的股市K线图表征每况愈下的经济状况，右下方生锈的显微镜、破败的试管等表征神经科学领域因此受到的打击，背景中的地图说明本次经济危机的全球化影响。

图7 《细胞：干细胞》 图8 《自然评论：神经科学》

除上述几类可视符号外，还有地球、国旗、迷宫、玉米、魔方、国际象棋、扑克、俄罗斯套娃、蛋糕、拼图、黑板、文字云等视觉元素也经常被变换、修饰出不同的风格和意义，帮助解读自然科学研究的方方面面。

3.2 创作者风格在封面设计中的运用与发扬

由于科技期刊封面的要求和筛选控制严格，加之封面文章作者（群体）分布分散，同一位图像创作者发表多幅作品并非常态。但数据显示，目前国际顶级期刊封面作者中仍有小部分常客，并基本可划分为科学家和艺术家两类群体。通过案例分析发现，个体之所以能够屡次作为封面作者发表视觉作品，与其艺术特色、作风和格调息息相关、环环相扣。以下借几个典型案例加以说明。

3.2.1 维维恩·巴德尼克（Vivian Budnik）：科学家的钢笔画

维维恩·巴德尼克博士来自美国马萨诸塞大学（University of Massachusetts）医学院，他不仅在科研方面成绩斐然，在艺术创作中也因具有强烈的个人特点而备受关注。据不完全统计，巴德尼克已在《细胞》（含其子刊）、《自然：神经科学》（Nature neuroscience）和《基因组研究》上发表封面图片作品8张，全部以钢笔画方式完成。

2012年5月1日，《细胞》杂志发表关于揭示核蛋白转运新机制的成果论文，巴德尼克博士及其同事发现了一种新的出芽机制。该期封面图片（图9）以“寻找出核转运的方法”为题，作者先用线条钢笔画的方法绘制，再用ImageJ科学图像软件进行后期修饰，生动地描绘出这种新转运模式的过程：体积较大的核糖核蛋白颗粒在细胞核内组装后，由于太大无法通过模孔，于是通过破坏核纤层蛋白后出芽进入内核膜，进而与外核膜融合并最终释放到细胞质中。图片上端以近乎一半的比例勾画出数量众多的“出芽”形态，不仅准确表现出这种机制的典型特征，同时借视觉面积的铺陈表达出一种强调感和冲击感。2011年2月《自然神经科学》封面文章探讨章鱼胺对行为可塑性的调节（图10），2013年3月20日《神经元》（Neuron）讨论逆境信号的循环性特征（图11，用一条咬住自己尾巴的衔尾蛇象征始亦是终）等，都是采用同样的创作手法和表现风格来完成对科研成果的可视化表达，在封面设计中呈现鲜明的个人特色。

图9 《细胞》 图10 《自然神经科学》 图11 《神经元》

3.2.2 乔纳森·波顿（Jonathan Burton）和伊冯娜·布兰科（Yvonne Blanco）：艺术家的卡通派对

波顿和布兰科分别是来自法国和西班牙的插画编辑设计师，曾为多种科技期刊创作过封面作品，且大多以想象丰富，修辞奇妙的卡通故事为主。他们代表了许多艺术家视角中科学知识传播的意义建构和外显方式。

2009年4月30日《自然》（Nature）杂志聚焦气候变化的现状与前景。面对逐渐恶化的全球气候，该期三篇文章从不同的角度探讨气候状况和危机。波顿绘制的封面图片（图12）中一枚标有一万亿吨的砝码正从宇宙中岌岌待落，目标正中相对渺小的地球。细绳、重物和地球上惊悚仰望的人类三个简单的元素，将千钧一发的气候危机表现得淋漓尽致。《细胞：干细胞》的封面故事围绕细胞的不对称分裂展开。布兰科在封面中（图13）用一位“母亲”与两个“女儿”三个日本传统的木质人偶鸣子娃娃（Kokeshi Dolls）隐喻不对称分裂：一个“女儿”子细胞从母细胞扩增分裂出来，另一个“女儿”则是由母细胞不对称分裂而来的不同类的子细胞。《癌细胞》杂志2013年4月15日封面故事探讨多发性骨髓瘤细胞中的自噬平衡，由布兰科发挥创意。研究表明，多发性骨髓瘤（图中自噬的衔尾蛇）的一个重要特征是可生产和分泌大量的免疫球蛋白，其结果是导致形成一个持久的代谢性应激。这种基础水平的自噬必不可少。花蛇身后小鼠代表的半胱天冬酶-10（caspase-10）可以定量这种自噬反应使其达到稳态（图14）。整幅图画笔触明快，表意鲜明。利用卡通造型来比喻、象征特定的物质、机制或形势、思想，既可以通过合理的意义构建表达知识可视化中的科学准确性，也可以借由卡通独有的生动化、趣味化的表征方式，拓宽信息传递的有效通路。

图12 《自然》 图13 《细胞：干细胞》 图14《癌细胞》

3.2.3 约翰·阿拉布洛斯（John Arabolos）：混沌分形艺术的秩序美

混沌分形图是根据非线性动力系统迭代的科学原理，通过计算机数值计算而生成的有丰富变化和内在秩序的复杂结构体，自20世纪80年代诞生以来，引起自然科学界和社会科学界的极大关注。它搭起了科学与艺术的桥梁，甚至揭示了世界的本质，改变了人们理解自然的方式，具有深刻的科学方法论意义。致力于展示科学之美的科技期刊封面自然少不了混沌分形图的身影。来自美国纽黑文大学（University of New Haven）艺术设计系的阿拉布洛斯就是封面设计者中纯熟驾驭混沌分形艺术的代表。自2006年以来，约翰为《自然：基因组》（Nature genetics）提供了十余幅混沌分形作品。

图15—17所示的三幅作品来自阿拉布洛斯的主题设计“生命结构：对称的生态世界”。三张图案的设计原型分别是三种美丽的蝴蝶：黄绢斑蝶、尖翅蓝闪蝶和大网蛱蝶。这种分形创作不仅是对自然生物形态结构的概念写意，也是发展和突破：既展现对称、节奏、韵律、平衡等传统美学的标准，也在精细的层次和无穷的缠绕中，维系着分维数所制约的关联，这种规律的变化美区别于传统装饰图案的形式美。

3.2.4 斯蒂文·李（Steven Lee）：摄影与设计的联姻

斯蒂文·李毕业于美国波士顿大学（Boston Univer-sity），于1999年创办个人工作室格拉菲高工作室（Studio Graphiko），从事包括以科学插图为主要内容的视觉传达设计，致力于以全球化的国际视野和多年平面设计的深度经验呈现具有创造性的作品。

2012年6月14日《自然》杂志发表“人类微生物组项目”的首批研究成果，该项目的目标定性在人体中存在、并在疾病及健康状态下与人体互动的微生物群落。斯蒂文将人像摄影作品和计算机创建的人体微生物组模型进行映射，在镜像对照的设计下突出对比感（图18）。在2013年4月1日《遗传学》（Genetics）期刊封面中，他同样采用相似的手法，结合微缩模型摄影和数码拼贴，绘制出一幅人类在大陆间迁徙的历史写照。图中陆地上伫立的小人代表人类的染色体，在初代时以单一颜色表示，在人口迁移后才开始不断地分裂和重组（图19）。

图18 《自然》 图19 《遗传学》

3.3 期刊定位在封面设计中的偏好与取舍

期刊封面图像一般由作者提交，经编辑部门筛选、审核并经过可能的修改后，最终确定出版成稿。这其中的偏好与取舍往往受到期刊形象定位、编辑倾向和受众接受程度等因素的共同影响。

从期刊形象定位和风格的角度举例来说，《科学》是由美国科学促进会（AAAS）主办和出版的综合性科学杂志，其宗旨是“发展科学，服务社会”，既在科研上最大程度地代表科学家关于实际研究的声音，也时刻关注科技政策及与之相关的社会问题，其封面通常简洁、严肃，尤其善用照片和科学实验成像。相较而言，《自然》由庞大的自然出版集团（NPG）运营，其封面展示的内容更加多元和活泼，旗下各子刊也因学科特点形成独特的系列风格。《细胞》及其子刊喜爱采用生动活泼的卡通形象，《美国科学院院报》（PNAS）善于从微观角度勘探科学之美，《美国医学会杂志》（JAMA）自1964年至2013年，刊载了世界各地2000多幅以油画为主的画作，把杂志封面做成了一道流动的艺术展墙，但从2014年开始，《美国医学会杂志》开始变换形象塑造理念，寻求新的科学艺术突破。

从个人角度来看，不同编辑不仅在艺术审美方面表现出明显的个人偏好，而且在图片尺寸、图文排版、图片标题化等方面也具有差异性见解。例如，有编辑认为，优秀的图片应该可以自己讲故事，不需要多余的注解就能带给读者一次流畅的阅读体验，也有的实践者认为期刊封面应该有一句点睛之语来吸引和引导读者[6]。所以在不同的期刊封面上，有些除图片外只标注刊名、刊号等基本信息，有些则印出本期封面论文的题目、研究专题名称或图像作品名称。

同时，科学形象传播中目标受众的层次划分也影响着期刊的风格，科学普及和教育类的期刊倾向于选择易理解、共识程度高的视觉化表达，专业性较高的期刊偏向使用对应学术图片或固定的背景纹理作为封面。可见，对不同学科和性质的科技期刊需要有针对性地推进创作。

4 结 语

科技期刊的封面表达是可视化手段在科学图像创作中的重要实践，能为科学知识的传播、科学美学的发扬、科学见解的诱发和科学技术的推广应用提供有效的帮助。在对世界先进科学视觉表达的理论和实践的研究中，既要关注符号的表达方式、知识的建构方法，也要关注其视觉传播过程及影响因素。

同时，期望我国的科学家、艺术家和科学传播工作者能加强合作，相互汲取更多的科学表述能力、艺术想象能力和有效传播能力，提高我国科技期刊的封面可视化水平，进而提升其核心竞争力，并最终推动我国科研事业的进步。

注 释

[1]朱永明.图像时代的视觉语言形态与传播探讨[J].中国出版，2010（16）：21-22

[2][加]马歇尔·麦克卢汉；何道宽译.理解媒介：论人的延伸[M].北京：商务印书馆，2001：33

[3]赵国庆，黄荣怀，陆志坚.知识可视化的理论与方法[J].开放教育研究，2005，11（1）：23-27

[4]Burkhard R A. Learning from architects： the difference between knowledge visualization and information visualization[C]//Information Visualisation， 2004. IV 2004. Proceedings. Eighth International Conference on. IEEE， 2004： 519-524

[5][意]伊塔洛·卡尔维诺著；张宓译.看不见的城市[M].上海：译林出版社，2006：12

[6]Trumbo， J. Visual Literacy and Science Communication of Science [J]. Science Communication， 1999， 20（4）： 409-425

（收稿日期：2014-07-05）