虚拟现实技术为可视化提供的方向与可能性

刘沛 河南工业大学设计艺术学院

一、可视化与信息可视化

1、可视化与信息可视化的关系

“可视化”作为一个术语出现在生活生产与研究中只是近三十年的事，而广义的“可视化”作为一个过程却是自人类诞生以来始终存在的，格式塔心理学人所认识的世界是物理空间通过感官刺激在人的认知空间映射出的知觉结果，而这一映射过程可以被称为广义的可视化。奥地利社会科学家奥图•纽拉特提出伊索视觉识别体系，系统使用简化的图像向普通大众传达社会公共信息，正式开启了狭义可视化的大门，即用视觉图像结合语境传递信息的技术。

信息可视化作为数据可视化的一个重要分支，更倾向于观察者，具有更具象更主观的特，主要解决的问题是如何与信息源进行对话具有交互性。信息的功能是反映事物内部属性、结构、状态、相互联系以及与外部环境的互动关系，因此信息可视化在客观呈现数据之外，还应表现数据之间、数据与用户之间的相互关系以及数据的发展趋势以更主动地帮助用户做出决策。

2、知觉的客观性与时效性对可视化设计的要求

决策是对信息的搜集、加工、选择及判断得出结论的过程。可视化设计要求对决策的各阶段提供增益。科学高效的决策有赖于知觉建立的客观性与时效性。学界起初存在的关于信息可视化设计视觉表现力与信息传递效能的争论。从信息交互的视角来看，表现力与可用性并称为信息可视化的一体两面，形式与内容应该理解成共生的整体。

二、虚拟现实技术特征为可视化提供的可能性

1、虚拟现实的沉浸性助力营造心流提高观测效率与体验

虚拟现实的沉浸感定义为参与者可以全身心沉浸于计算机生成的三维虚拟环境中。这里的身心可以认为就是生理感官的沉浸与心理认知的沉浸。生理感官的沉浸感又称为临场感，即用户作为参与者存在于模拟环境中的真实程度，在感觉运动空间中存在的戏剧的舞台、荧幕的边缘与设备的边框就限制了统一的认知空间的产生，形成了感官噪点限制了沉浸感。心理认知的沉浸感则可认为是是让人专注于当前的目标（该目标通常由设计者设计）情境下感到精神上的愉悦和满足，从而忘记真实世界的情境，也就是心流状态。心流营造在娱乐尤其是游戏领域是十分常用的手段，其建立条件为目的明确、交互反馈、能力与挑战匹配、行动与知觉融合、注意力集中以及对活动由主控感。建立心流的常用方法可以借用威廉•立德维尔通用设计法则中的最省力法则，通过降低认知阻力与降低运动阻力来实现。普遍认为感官体验的沉浸与认知体验的沉浸共同作用可带来最佳效果。虚拟现实技术通过HMD实现封闭式感官沉浸，借助手持设备、体感捕捉甚至眼动捕捉等自然交互手段，虚拟现实的交互反馈、行动知觉融合都可以帮助用户营造心流状态。沉浸性是虚拟现实的核心特征，在检测作业中，沉浸感将主力观察者营造心流状态，从而提高数据观测与信息交互的效率，同时优化作业体验。

2、 虚拟现实的构想性实现数据深层次规律挖掘

虚拟现实的构想性是指参与者在虚拟环境中可以激发想象，或者可以构想未来世界和历史世界。由前文中提到的认知空间理论可知，感知空间只是在感觉运动空间中的刺激形成的碎片，而经由人脑加工联想所形成的认知空间会完整得多。在虚拟世界中根据所获取的多种信息和自身在系统中的行为，通过逻辑判断、推理和联想等思维过程，随着系统的运行状态变化对系统运动的未来进展进行想象，以获取更多的知识，认识复杂系统深层次的运动机理和规律性。

虚拟现实的构想性是沉浸感建立地重要条件，而构想性的建立则要求感官的刺激尽可能与人的记忆经验相吻合。数据挖掘使数据可视化的一个重要功能，观察者往往需要根据数据发掘其背后的发展规律以求的到更深层的系统运行机理，虚拟现实技术可以运用仿真景象等更加自然的信息形式来进行交互，降低认知阻力给观察者提供更易于辨识的完整形象，助力逻辑推理和顿悟联想思维活动从而提高人们认知、处理、分析复杂数据的能力和效率，达到可视化目的。

3、 虚拟现实的交互性助力构建信息思维模式

传统的单向静态信息所能承载的是反映事物物质性的，物质性又通常局限于所观察的尺度与所观察的参照背景从而表现出一种相对不变性。对事物本质的把握决定了认知的客观性，可视化的目的就是在建立认知的前提下协助决策。在认知的主客体之间的唯一渠道就是信息，信息和思维认知是紧密相连的，二者共同作用缺一不可。信息思维方式强调从现存事物的要素结构关系模式中把握事物的本质、特点和属性，并以此为信息载体洞悉事物的历史状态、现实关系及发展趋向。

交互技术使数据不再是以物质性的方式存在并独立表现意义，而是与其他数据交互联系，自组织成以关系性存在的大数据形式展示给人。人机交互技术将认知的主体与客体间的信息渠道改变为双向，使得人可以在获取信息的过程中发挥出更多的主动性。观察者将可以较为自由地变换角度，从而对事物的结构、关系模式、演化程序过程建立更加客观的认知，并运用信息思维把握事物的历史状态、现实关系与发展趋势。信息获取的过程在信息交互中，信息观察者与数据展示控制之间的交互被称之为人机交互。人机交互技术现今已经发展到了人与机器相互关系的领域。虚拟现实能够用比文字、符号、图像更为自然的全息景象作为信息输出模式，我们对自己所处的空间的感知力受到本能的加成，使我们可以突破自然能力来处理特殊信息。体感交互与人工智能语言识别使我们可以通过手势和语言完成输入，这也使信息交互更加自然。。虚拟现实技术的可视化将我们带入一个看得见摸得着的数据世界，通过观察物质理解数据的思维方式将向通过观察数据关系理解事物的本质、特点、属性转变，信息思维由此得以建立。