信息可视化设计中的美学、认知与情感

魏婧婧 （湖北工业大学艺术设计学院 430000）

一、信息可视化设计发展概况

自十八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。信息可视化的英文术语“information visualization”是由斯图尔特•卡德（Stuart K.Card）1、约克•麦金利（Jock D.Mackinlay）2和乔治•罗伯逊（George G.Robertson）3于1989年创造出来。二十世纪90年代期间新近问世的图形化界面，使人们能直接与可视化的信息进行交互，造就和带动了十多年来的信息可视化研究。

在信息图形领域，十八世纪末期威廉•普莱费尔是最早采用线和面之类的抽象视觉资源来可视化地表达数据的人之一。1967年，雅克•贝尔坦率先发表了图形学理论，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。后来，贝尔坦和塔夫特的理论闻名遐迩并富于影响力，使信息可视化发展成为了一门学科。

在统计学领域，1977年美国著名统计学家约翰•图基发起了一项影响整个数据图形学领域的运动，从统计学上利用图片来迅速实现对于数据的深入洞察。威廉•克利夫兰在其1988的著作《Dynamic Graphics for Statistics》（意为“统计学动态制图法”）中详细阐述了这方面新的数据可视化手段。在科学可视化领域，1986年美国国家科学基金会基于布鲁斯•麦考梅克的工作成果，发起了一项具有重要意义的首倡计划。1990年举办了首届IEEE可视化大会，初次组建起了一个由地球资源科学家、物理学家以及超级计算方面的计算机科学家组成的学术群体。在人工智能领域，约克•麦金利的学位论文对数据可视化呈现形式的自动化设计发挥了促进作用。在用户界面领域，2003年本•什内德曼提到了图形学、视觉设计、计算机科学以及人机交互，以及新近出现的心理学和商业方法。

九十年代以来，将认知心理学应用于设计领域的研究逐渐增多。九十年代初，信息设计先驱、耶鲁大学教授爱德华•塔夫特（Edward Tufte）提出以认知心理学原理为依据制定数据可视化的法则；美国认知心理学家唐纳德•诺曼（Donald Arthur Norman，1935年）认为：设计一个有效的界面，必须始于分析一个人想要做什么，而不是显示一种观念，强调以使用者为中心的设计哲学，希望设计师在注重设计美感的同时，不要忽略安全好用永远是竞争的关键；克利夫兰州立大学副教授简•维索基•欧格雷迪（O＇Grady.J.V.）引用认知心理学原理分析人类的认知、记忆、识别、搜索过程，探索在信息大爆炸时代提高信息传输清晰度、易读性、有效性的方法；美国GUI设计先驱Jeff将设计准则与认知科学高度统一，提出：设计应专注于用户和他们的任务，而不是技术；同济大学范圣玺教授，多年从事认知心理学在设计领域应用研究，探讨关于人性化产品设计、操作性与人类的输出系统、认知性与人类的输入系统、感性与人类的内心世界、设计与行为等多方面问题。

二、信息可视化设计中的美学

美学原理是一切依靠视觉进行信息传达的设计门类不可忽视的重要准则。设计结果最终以视觉形态进行呈现，客户对设计产品的最初感知也来源于视觉呈现。视觉呈现的差异可能会决定客户是否对这款产品有深刻、积极的印象，以及是否选择或继续使用这款产品。对美学基本原理的把握可以帮助设计师更好的处理视觉元素，避免基本的视觉错误。

1.结构

用网格组织内容、划分层次，是设计中的重点。当设计信息量庞大、需要反复修改、截稿紧迫时，网格系统就显示出它的优越性。它可以帮助设计师大批量、快速的处理信息，使所有信息保持层次清晰、有条理，这种系统性所带来的信息层级的一致性对设计的功能极其重要。在网格系统中，隐藏的对齐和间距能引领读者视线，将信息集连接。合理的信息群组让读者相信这些放置于同一区域的信息是相关的，设计师可利用这一原理，将相关信息并置在一起以加强信息联系，或将不相关的信息位置分开以避免信息误读。在网格的规范化下，读者对信息的呈现结构有清晰的把握，信息接收速度就会更快。

2.易读性

对比与设计的关系如同盐与烹饪，没有对比的设计淡而无味，太多对比的设计苦涩难咽。对比极大的影响了设计作品的易读性。4其中色彩、形状、位置对比是较为常用的方法。通过色调、明暗度、饱和度的变化，通过形状、大小的变化，通过方向、位置的变化，都可以改变信息要素的视觉对比度。比如，研究认为文字和背景间的对比度达到70%最为清晰; 浅色背景上的深色文字更清晰易读。设计师可以通过将设计文件临时调整为黑白模式，来检查作品的对比度。同时，对比度应该恰到好处，而不是干扰阅读。

三、信息可视化设计中的认知原则

认知心理学的基本原理是信息可视化设计的逻辑框架，是满足功能性需求的基本原则。这部分主要用认知的讯息处理模式——信息加工的观点研究人类接受、贮存和运用信息的过程，了解信息传达如何开始、通过怎样的途径传输、如何对传达对象发生作用、以何种形式完成传达过程、媒介的改变对传输过程产生的影响等，从而更好的满足信息可视化设计的功能性需求。信息设计师需要了解信息接收者如何接收、分析、理解信息，对认知科学的初步了解，会让设计师与单从美学角度考虑做出截然不同的决定。

1.信息的感知和识别

对信息感知和识别的能力让我们能充分理解外界的刺激，从认知角度研究该能力的决定因素，可以帮助信息设计师更好的传递信息。格式塔心理学，又叫完形感官法则（The Gestalt Principles of Perception），认为人类常将感知的对象作为整体集合而非单个构成来理解。主要包含：接近法则（The Principle of Proximity），在空间或时间上彼此临近的物体会被视做一个整体；相似法则（The Principle of Similarity），在形状、大小、 颜色、肌理、运动方向上具有相似性的物体，会被从认知角度组合在一起；闭合法则（The Principle of Closure），大脑会将带有视觉暗示的物体靠拢、合并、重构；主体——背景法则（The Principle of Pragnanz），占显性位置的物体会被感知为主体，占隐性位置的物体会被看作背景，较小物体在较大视野中通常被理解为主体。 这一理论在学界有所争议，可选择性的应用于信息可视化设计过程中，帮助设计师更合理的安排视觉元素之间的关系。

2.信息的组织与呈现

图表是信息设计师常用的工具之一，它可以把数据清晰有条理的呈现。美国印第安那州普度大学统计学、计算机科学教授克里夫兰（Willian S.Cleveland）认为用户阅读图表时会经历两种不同的心理阶段：图形知觉（Pattern Perception）阶段，读者通过图表可获得大体陈述的整体趋势，清楚的理解某一趋势和动向，得到图表内容的即时概览；表格查找（Table Lookup）阶段，读者可对单一主体做出判断，并通过具体细节发现个体及其它信息之间的关系。功能良好的图表可实现两个目的：更快速的整体判断；详尽、清晰、准确的数据查找。不准确的信息设计会导致事实和概念的曲解，良好的信息呈现可以提升阅读体验。

四、信息可视化设计中的情感

情感表达是信息可视化设计的高层次要求，包涵了设计师的创作热情。这部分通过对用户内心中产生的更深度的情感、意识、个人经历、文化、环境等交织在一起造成的影响的控制，使信息的视觉呈现不再枯燥乏味，更自然的启发人们接受信息，而不是说服或强加于人。

1.情感的价值

情感，包含情绪（情绪是情感有意识的体现，通常具有特定的原因和对象），可以帮助我们快速辨别周围环境中的好与坏、利与弊、安全与危险，引导我们趋利避害，为我们的决策提供重要帮助，同时改变我们的思考方式，指引我们做出恰当的言谈举止。我们所做的每一件事都受情感影响，尽管在很多情况下是潜意识的。情感系统控制着身体的肌肉，通过化学的神经传递元改变大脑的反应。肌肉反应让我们能做好准备随时应对，并通过我们的肢体语言和面部表情向他人传递出情绪的信号，以便于沟通。心理学家艾丽丝•伊森（Alice Isen）认为：正面情感有助于对抗压力、激发好奇心、拓展思维、启发创造力、保持求知欲、使大脑处于开放和高效的学习状态。认知心理学家唐纳德•A•诺曼认为：当人们处于负面情绪影响之下，感到紧张、悲观、焦虑时，思路会变得狭窄，过分关注和问题直接相关的部分，直至找到解决方案。

2.美学与情感

美的东西使人感到愉悦，审美改变其情感状态。如前所述，正面情感有助于对抗压力、激发好奇心、拓展思维、启发创造力、保持求知欲、使大脑处于开放和高效的学习状态。于是，美改变了认知系统的工作模式，改变人脑解决问题的方式，最终影响了人们的行为。

以日本跨领域“超级技术专家” 艺术团队teamlab为例，他们创作于2015年的互动声光装置作品《Crystal Universe》（水晶宇宙），采用“交互4D影像技术”，使观者可对178200盏LED灯施加影响，体验宇宙的存在和对人类的回应，引发人们重新定位、审视自身作，以及为浩瀚宇宙中的微小的分子如何与之共生。搭配疗愈系统的音乐，增强作品冥想性，使焦灼的心灵得到慰藉，享受好似回到母体般的宁静与安详。通过探索身处信息时代的人类行为和对当下人类情感进行体察，对新型社会的发展演变提出创新的模式与思考。

3.认知与情感

人类自身的官能演化历经了数百万年，感知系统、运动系统已经进化得很好，能使我们在地球上持续生存。人类所做的任何事情都包含认知与情感的成分。情感系统和认知系统都是信息处理系统，但功能各异：认知负责诠释、判断、理解这个世界，增进智识；情感是认知不可分割的必要组成部分，认知赋予事物以意义，而情感则赋予其以价值。二者相互影响：认知可以驱动情感，情感也可以影响认知。它们相互作用，互为补充，协同工作。

因为信息接收能力与情绪状态相关，困惑和挫折会导致信息接收能力下降。对用户能力、所选工具、技术熟悉度的预见，与恰到好处的美学有机结合，有助于信息更好的传达。就信息设计而言， 共同点使确定感增强，不同点使确定感减弱。因此循序渐进的发展变化往往比革命性、戏剧性的变化更有利，渐进式的变化由于依然让人感到熟悉，所以更易于接受。用熟悉的方式介绍新概念，当新的内容与大家所喜欢的或已体验过的内容相结合的时候，它才有可能被用户所关注。

五、结论

在美学角度，通过对结构和易读性的研究，在布局、色彩、对比等方面为设计师一直以来关注的视觉美学增加新的价值；在认知心理学角度，过认知的讯息处理模式，了解信息传达如何开始、通过怎样的传输途径、如何对传达对象发生作用、以何种形式完成传达过程、媒介的改变对传输过程产生的影响等，从而更好的满足信息可视化设计的功能性需求；在情感角度，通过对用户心中更深度的情感、意识、个人经历、文化、环境等的影响的控制，使信息的视觉呈现不再枯燥乏味，更自然的启发人们接受信息。信息可视化设计不能只从美观角度进行设计，需要秉承用户友好的设计理念，在满足美学基础上，通过对用户认知、识别、记忆、索搜行为的把握进行设计，保证用户功能需求、提高效率、易用、保证安全。当下的媒体更新速度大大区别于传统时代，随着平板电脑、智能手机、车载系统等信息媒介的发展，对信息可视化设计从美学到认知与情感的研究可为信息呈现提供新的解决方案。

注释：

1.欧柏林学院文学学士，卡内基梅隆大学心理学博士，斯坦福大学教授，PARC施乐帕罗奥多研究中心用户界面研究组区域经理，出版有三本书、七十多篇论文、22项专利。

2.加州大学伯克利分校数学和计算机科学学士，斯坦福大学计算机科学博士，1986加入施乐帕罗奥多研究中心，在那里与用户界面研究组开发了计算机图形学的许多新应用，创造了信息可视化。

3.卡内基梅隆大学教员，施乐帕罗奥多研究中心首席科学家，1996以来任微软可视化和交互组首席研究员。

4.《信息设计》（《The Information Design Handbook》），【美】简•维索基•欧格雷迪（O＇Grady.J.V.），凤凰出版传媒集团、译林出版社，2009年12月第1版，P116；

参考文献：

[1][美]简•维索基•欧格雷迪（O＇Grady.J.V.）.《信息设计》（《The Information Design Handbook》）.凤凰出版传媒集团、译林出版社，2009年12月第1版.

[2][美]唐纳德•A•诺曼（Donald Arthur Norman）.《设计心理学》（《The Design of Everyday Things》）.中信出版社，2010年3月第1版.

[3][美]唐纳德•A•诺曼（Donald Arthur Norman）.《设计心理学3——情感设计》（《Emotional Design》）.中信出版社，2012年6月第1版.

[4][美]龙尼•利普顿.《信息设计实用指南》.上海人民美术出版社，2008年1月.

[5]《大容量信息整合设计》，拉克什米•巴斯卡兰 （Lakshmi Bhaskaran），上海人民美术出版社，2006.

[6][美]罗伯特•L.索尔所 、 M.金伯利 •麦克林、 奥托•H.麦克林.《认知心理学》.上海世纪出版社股份有限公司，2008年7月第1版.

[7][美]Jeff Jhonson.《认知与设计》（《Designing with the Mind in Mind》）.人民邮电出版社，2011年9月第1版.