数据可视化设计的应用研究

王闻仪

一、数据可视化的概念与历史应用

（一）概念：数据可视化是一种将大量抽象的数据用图形，图表等具象的形式表现出来的技术，通过视觉化的处理，可以让复杂、晦涩难懂的数据信息，以简单明了，易于理解的方式展示绐大众。可视化的过程注重数据内容的视觉效果，传递数据本身的信息与含义，其呈现结果的表现形式与视觉风格，是由数据内容本身和设计师共同决定的。

（二）历史应用：可视化的思想源于人类对于世界的信息测量与管理的需求，在15世纪至17世纪前期，人类通过汇总地理信息，绘制地图以及天体序列图等方式，在探索未知新世界的同时，也开启了早期的数据可视化探索。其逐渐深入的探索与研究，在人类发展历史的数据管理、分析与信息呈现中都有着不可替代的作用。

如流行病专家John Snow于1854年绘制的《伦敦霍乱地图》（如图1）通过地图的形式，将患病死者的死亡地点标注在伦敦地图上，通过这一方式，观测到了病毒的来源与城市下水系统的关系，推断出了病毒来源有极大的可能性是来源与水中，这一数据可视化的调研结论为当时的疾控人员提供了新的视角与思路，在很大程度上帮助控制住了病毒在当地的传播。又如Florence Nightinggale繪制的《战争死亡统计图》（如图2）用数据图表的形式表现了战争时期的军队人员的死亡人数和死亡的原因。其结果表明，战争时期因伤后末得到及时救治而死亡的人数远大于在战场上被枪炮夺命的人数。她以改直观简洁的数据图替代了大段的数据报告，让军方重视起了战地的伤员护理问题，及时地推动了增加战地医护人员和医疗设备的申请批复。

由以上案例可以看出，最初的数据可视化的初衷是变“抽象”为 “形象”，以数据信息转变为“可视”的结果和应用效果为先，注重传达数据本身传递的信息，通过可观化放大、凸显事件的特征，用直观的图表展示替代传统的长篇报告，用以帮助人从中找出重点信息，辅助人做一些决策。

二、当代的数据可视化设计

随着互联网的飞速发展和大数据时代的到来，海量的数据信息每天都呈爆炸式增长，而互联网技术和信息技术的发展也使得数据的收集和存储速度随之提升。除了电视报纸等传统媒体之外，新媒体的崛起也给数据可视化带来了更多搭载与实现的平台让可视化得以不再局限于平面，在于其他学科相结合后有了更多新的展现载体。

同时，多种可视化工具的诞生降低了可视化的技术门槛，数据的管理分析与视觉化不再是具有极高专业性又难懂的，而是亲切的，人人皆可轻松接触的，让非计算机相关专业的研究者与设计师甚至是广大普通群众都可以参与到数据可视化的探索与展现活动中来。由此，随着越来越多参与者的加入，数据可视化设计的表现形式与视觉风格也随之变得越发丰富多样化。

（一）数据可视化工具：计算机技术与可视化工具在一定程度上为设计师节省了脚本书写的需求，在降低了数据可视化的技术难度的同时，高度归纳了现有的各种形式的可视化图表供设计师选择和使用，既保留了数据图形的精确性，也给设计师带来了更多新的可能性。让不具备编程能力的人，以及非设计专业的人员，也可以通过工具，将数据表单转換成更易于理解分析的形式。

以数据可视化工具RAWGraphs（如图3、4）为例，内设有圆图、树形图、箱线图等多种图形表现形式，设计师将整理好的数据表格整理成.csv的格式后导入其中，即可在工具内生成各种形式的原型，原型可保存成可修改的矢量图形文件供后续的视觉风格设计。

以及地理信息可视化工具CartoDB，设计师可以将表格数据与地图相关联，让数据以地图的形式呈现，并根据想要展现的内容，赋予多种不同的视觉风格（如图5、6）。

（二）多向的数据应用与视觉风格的结合：在处于大数据时代的当今，数据的来源不仅渠道诸多，类型也繁杂无比。庞大无比的数据各具特色，多元的数据表现出各自独有的内容、意义与价值，当代的数据可视化设计不仅仅是应用于信息和语义的展示和辅助决策，也同样用于文化、历史、新闻热点等各类领域的精神文化传递。通过可视化作品带给阅读对象相应的印象并传递设计师的思想，其视觉表现也风格迥异。

以文化类的信息数据为例，在可视化的设计过程中，以传统配色、特有的文化符号以及民族纹样等诸多元素的结合，赋予其带有文化特性的视觉风格，帮助更明确地传达数据与信息本身的价值与意义。在可视化作品《汉剧》中，作者李培杰提炼了“丑角”的形象特征（如图7），并一一拆解介绍其表演动作，通过运用传统配色和图文结合的方式，以平面信息图的形式生动展现;也将非物质文化遗产汉剧在中国的历史发展进程依附子富有中国特色的建筑形象上（如图8），其视觉风格兼具了当代的活泼和非遗历史的稳重，传递着鲜明的本土风格文化特色，让《汉剧》的特色与亮点深入人心。

而在另一个案例《2010年美国枪支杀人统计》（如图9）中，设计师完全没有使用任何装饰性图案.图中突出了数字“9595”，用以表现枪支暴力如何提前终止了如此数量庞大的人的生命。并通过弧线代表受害者理论上的寿命，对比其被枪支中断的实际存活时间，配合大面积的深色背景和去装饰的信息呈现，营造出冷厉的视觉风格，让这个结果显得越发触目惊心.使信息图的阅读者可以深刻地感受到枪支滥用的危害性。

综合众多当代的数据可视化案例来分析当代的平面数据可视化作品，在传递展现着多种数据意义之外，与配合其数据语义特点的视觉设计密不可分合适的视觉风格能够在可视化作品的阅读者开始接受作品的具体信息之前，先为他们带来一个符合作品特性的第一印象，从而在之后的信息接收和分析中更能处于一个作者希望他们处于的立场，得出作者想传递和展现的结论与内容。因此，视觉风格的选择与运用在数据可视化设计中起到了非常重要的辅助作用。

（三）数据可视化载体：过去的数据可视化作品多以信息图和视频的形式流传于传统媒体，而新媒体的发展使得数据可视化得以在传统媒体之外有了更广阔的平台和迅捷的传播。此外，多元化的学科合作也使数据可视化在P仁网页、移动端等平面传播以外，与其他载体有了结合，从而衍生出了新的艺术表现形式和可视化产品。

例如，在计算机技术的支撑下，将可视化应用与艺术展示相结合的装置艺术。现在国内外许多城市都有设置的《音乐喷泉》（如图10）装置，就是可视化与装置艺术结合的产物。通过程序控制的喷口和音频数字接口的识別，使喷泉的水流与音乐的高低起伏相呼应，其周围的灯光也会随着音乐的节奏而产生变化。其同类的可视化装置艺术作品还有2013年上海艺术展上的作品《自动基因》（如图11），以8把伞祖成，通过后台的程序设置，用空气压缩机控制雨伞随着音乐的节奏进行收放，用以将不可见的音乐节拍等听觉信息转变为视觉上的信息。这两者都是将可视化与音乐数据相结合，并以装置形式呈现的产品，让可视化的产品不仅仅只是流传于线上的数据研究和展示的工具，也成了具有艺术价值与观赏性的线下作品。

数据可视化产品也有结合商业需求，在日常生活中具有实际使用功能的应用，例如日本的可视化装置《天气魔方》（如图12、13），以其独特的功能与简洁又有趣味陸的呈现风格在市场上颇受欢迎。该装置通过接入实时的天气数据，将所有气候情况在立方体的装置内模拟呈现。比起传统的天气预报，该装置带有一种近似于“表演”的性质，将数据可视化融于商业產品之中，在把天气情况具象呈现的同时，也让天气预报带来了完全不同以往的新体验，既具有观赏性，又具有实用性，也为更多的结合数据可视化的商品研究带来了良好的前景。

三、时代特征下的实时数据传输与数据交互

随着大数据时代的数据快速更新迭代，数据的时效性也就显得尤为重要，伴随平板电脑与智能的手机等移动设备的普及，光凭传统单向传递的信息图形式的可视化作品已难以满足当代网络用户的数据阅读需求，用户需要数据是最新的、动态化的，且可以在阅读后允许用户做其他操作，具有交互性的。

以《东京都风速与污染物分布》（如图P4）为例，网站将实时的风力数据化作流动的线条显示在地图中，以不同的线条流速形象地将当地当时的风速数据，亲切明了地层示给用户。比起过去的数据可视化设计该作品对于数据具有更高的要求，通过调用外部接口，使其数据始终是实时变动的。同时用户可以在使用时自行设置影响数据的变量，这些都让该网站更具有时效性和使用价值。

又例如计算在纽约租房与购房哪一者更经济的可视化网站（如图15），用户可以调整影响房价与租金的不同因素，以及预计买房或租房的时间。而根据用户选择参数的变动，网站则会根据过去以及当前的房价等信息，计算出在未来一定时段内，理论上的购房或租房金额的价格，进而帮助用户进行判断，在某一时期内是选择买房还是租房更省钱更实惠。支撑该作品功能所需的数据量极其庞大，但会被呈现给用户的永远只是用户所关注的那一小部分。这可以看出，在当代的数据可视化作品中，有时候作者是有必要帮助用户去筛选数据的，从而精简数据，精简用户的操作，从而提供给用户最好的使用效果。

在《纽约市行道树》（如图16）中.用户可以通过点击不同的树木.看到纽约市内五个区中各种常见和不常见的树木的种类及其所占的百分比。用户可以恨据自己的需求去选择自己想要查阅的地区的树木信息，这给用户提供了多样的选择余地。

由以上案例可以看出，在注重用户体验的当代，用户除了作为信息的接受者，同时也是信息的发送与反馈者，不仅要求数据的即时与易懂，也要求在理解数据后的再分发与再使用，同时也要求数据的精简，希望能够通过一些操作，筛选出众多信息里的重点内容。由此，动态的，可交互的数据可视化形式就尤为重要。同时，为了减少信息传播和使用过程中的干扰，重视展现数据内容和便于交互操作，其视觉风格也大多是简洁和去装饰的。

四、当代数据可视化应用的设计方法简析

由于数据本身是抽象的，其含义可能是不清晰的，一般人无法光从看一眼数据就得出其中的意义，只有仔细地分析和对比其信息内容才可能挖掘出其含义。设计师可以将自身想要传达的语义赋予绐数据的可视化应用作品来呈现，也可以客观地层示数据内容，让观众通过图形图像化的视觉效果，在.陕速解读的过程中自行赋予他们解读出的语义。

在数据可视化的长久历史中，人对于数据可视化使用已久，有些图形已经有了固定的含义.人一看就知道它是做什么用处的。例如各种可视化作品中常见的“柱形图”、“饼图”、“折线图”（如图17）等图标，其代表的含义已经深入人心），不需要特別解释，用户看到就能知道他们的功能。以及（如图18）中的图标，常用与各类产品中作为“添加”或“发布、发起”的功能，虽然含义不是唯一的，但结合使用的环境，也同样意义用户理解。

有些图形则没有固定的相对含义，有些内容也没有相对应的图形，需要人为地去创造对应的图形。这两者在设计的过程注重需要设计师根据实际需求来抉择。

在互联网技术与数据可视化技术都不断发展并日趋成熟的当代，结合当代应用所注重的用户体验，观者对数据可视化的实时更新和与产品的互动需求，让我们在设计时不但要关注作品的视觉风格和数据本身，也要参考入的行为模式和操作偏好，当代的产品中已形成一些比较让人熟悉的操作体系和视觉符号，这些符号在长久的设计过程中被多次修改、组合使用，甚至是形成子一些固定的搭配模式。数据可视化设计师在使用时需要选择的既不是“最经典”，也不是“最新潮”，而应该是“最合适”演绎的内容得思考如何用已有的操作体系和符号的组合来达成最好的交互方式，引导用户去与数据可视化产品进行最良好的交互。

结语

作为一门多领域交叉结合的学科，当代的数据可视化重视设计与技术的协同合作，其呈现效果，不但关注数据本身的价值与意义，由数据内容指导其表现形式与艺术风格，也重视用户对数据可视化应用的体验。在人不再是作为单纯的被给予方而是成为数据信息交互环节中的一部分，可交互式的实时数据可视化应用具有极大的应用价值，为数据价值的持续深挖提供了更多可能性，也为用户的数据阅读和理解体验带来可观的提升作用，在未来也将具有诸多发展。