数据可视化图表设计研究

吴佳伟 陈伟伟

摘 要：有效的图表设计不仅能够提炼信息、点明重点，更能辅助人们进行决策。文章通过对数据可视化图表设计的系统性介绍和对图表设计思路的梳理，引出图表设计的设计原则及在现实生活中的运用。在對图表的基本构成与元素进行分析以及对用户心理情感需求进行分析后，文章推导出图表设计的设计方法，解决并辅助用户进行问题决策。

关键词：数据可视化;图表设计

中图分类号：TP391.41文献标识码：A文章编号：1674-1064（2021）06-079-04

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.06.039

图表设计是针对内容复杂、难以描述的信息进行充分的理解、提炼、整理和分类，并通过视觉设计将其视觉化，同时以使用图形化的方式给用户更为直观的形式展现。图表设计的绘制，极大缩短了观者阅读信息的时间，并且提高了观者对信息获取的认知度。简练美观、布局恰当的视觉设计，会增强对观者的视觉冲击力和吸引力，满足用户情感层面上的需求。同时，在设计中通过统一样式和色彩对信息内容进行有效组织、分类和排版，梳理页面顺序，可以引导观者能够更好地进行阅读。

1 数据可视化图表设计简介

1.1 数据可视化简介

可视化是使某个原本并不可见的事物信息，在人的大脑中形成一幅可感知的心理图片的过程或能力。其将不可见或难以直接显示的数据转化为可识别的文字、图形、符号、颜色、纹理等，也就是使抽象的事物具象化，从而增强数据识别效率，传递有效信息。在计算机学科分类中，利用人眼的感知能力对数据进行交互的可视表达以增强认知的技术[1]，称为可视化。

现代的数据可视化技术综合运用计算机图形学、图像处理、人机交互等技术，将采集或模拟的数据转换为可识别的图形符号、图像、视频或动画，透过数据表象以显示信息和规律，并呈现出对用户有价值的信息。用户通过对可视化的感知，进行数据分析，获取知识，并进一步提升为某种趋势，从而促进数据信息的传播和应用。

数据可视化的适用范围存在着不同的观点，有人认为数据可视化是可视化的一个子类目，主要处理统计图形、抽象的地理信息或概念型的空间数据。现代的主流观点则将数据可视化看成传统的科学可视化和信息可视化的泛称，即处理对象可以是任意数据类型、任意数据特性，以及异构异质数据的组合。大数据时代的数据复杂性更高，如数据的流模式获取、非结构化、语义的多重性等。

1.2 图表设计简介

图表是将复杂的信息进行整理，运用图形、线条及插图等，阐述事物之间的相互关系，使之一目了然的表现形式。

图表设计是数据可视化的一个分支领域，是对数据进行二次加工，用统计图表的方式进行呈现，也是数据可视化的核心表现。图表设计既要保证图表本身数据清晰准确、直观易懂，又要找准用户关注的核心内容进行适当的突显，帮助用户通过数据进行决策。

2 数据可视化图表设计分析

2.1 图表的构成和分类

2.1.1 图表的构成

一般情况下，图表包含标题、坐标轴、数据列、数据提示框、图例，另外还可以包括功能按钮、标示线[9]、值域漫游、数据区域缩放、时间轴，如图1、图2所示。

2.1.2 图表的分类

图表的分类有很多种，根据不同的场景、不同的用法，笔者对图表进行分类，可分为比较类、分布类、趋势类、占比类、地图类五大类。

比较类图表：用于展现数据之间直观的变化和对比，包括柱状图、条形图、气泡图、雷达图、漏斗图[8]等，如图3所示。

分布类图表：展示数据的分布情况，包括散点图、热力图等，如图4所示。

趋势类图表：展示数据随着时间的推移而变化，以及事情发展的走向趋势等，包括折线图、K线图等，如图5所示。

占比类图表：用于各个部分数据之间相对于总体的占比数，包括环形图、饼图、水球图等，如图6所示。

地图类图表：用于展示区域变化，通过颜色色级表示范围的分布情况，包括气泡地图、色块地图等，如图7所示。

除此之外，还有其他的图表类型，包括：瀑布图、南丁格尔玫瑰图、仪表盘等，如图8所示。

2.2 数据可视化图表设计的特征

2.2.1 数据信息传递为主，视觉效果为辅

图表的功能就是为了传递信息，让数据信息更为直观地表现出来，使观者能够快速接收。由于图表是经过分类之后进行重点划分及排列组合的，因此观者得以第一时间就能看到一段数据的主要内容是什么，而视觉效果的作用是运用色彩、对比等表现方式对信息进行加工、突出重点，所以其是作为辅助部分存在的。

2.2.2 涉及多领域之间的相互渗透

如今随着信息时代的到来，科学技术迅猛发展，数据可视化已经呈现出多学科、多领域交叉相关的趋势，图表设计更是首当其冲。在众多领域中，利用图表方式可以对观者轻松展示各学科的有关内容，并被大众所认可。通过借助心理学、符号学等多个学科，使图表设计更趋向于一个综合体。

3 数据可视化图表设计的设计方法

3.1 数据可视化图表设计元素

数据信息的传递需要载体才能进行有效传播，图表设计的初衷也是为了能够高效传递重要信息，将一些复杂的和不易理解的信息表达出来。因此，需要对数据信息进行组织、整理、筛选、排列，从而使观者能够高效、便捷地获取所需要的信息。

图表设计的基本视觉元素包括文字、数据、符号、颜色、动态等[2]，图表内容中的文字主要分为阐述性文字和文字符号。其中，阐述性文字主要起到两方面的作用，一是点明主题，引导观者有选择性地读取信息;二是简明扼要，当遇到必须要准确传达的信息数据时，文字是最直接且不会出现错误的表达方式。

文字符号则更多以一种象征性和代表性的形式转化为具有一定意义的图像说明，较大程度上具备了可视化图形的特征，在信息的传达与接收上更具意义。

数据是多种信息所共有的阐述，其包括了数字、文字、声音、图像、字段等，是基于数据可视化图表的主要对象。从另一个方面讲，数据可视化突出的就是数据本身，而伴随着数据大时代的来临，面对庞杂的原始数据，依靠可视化的帮助，可以快速阅读到人们需要的数据。

色彩是视觉内容中很重要的部分，有助于形成统一的视觉风格，是实现数据对比的重要手段[3]。在用户的心理模型中，对色彩的认知也有很强的象征性和概括性，如食品类的用色多采用暖色调，如红、黄、橙等颜色，科技类多采用蓝色等[7]。恰当的颜色风格，可以使信息表达更加准确，提高受众的接受程度。

随着计算机技术的不断发展，图表制作越来越精美、生动、复杂，其中，动态视觉图表设计的应用也越来越常见。动态图表具有秩序性、故事性、生动性、传播性、交互性等特点[5]，在传达相关信息的同时，更富有趣味和吸引力，不但使观者更容易获取信息，而且提升了舒适度和愉悦感，极大提升了用户体验。

3.2 数据可视化图表设计的设计原则

3.2.1 数据真实可靠

图表设计就是在纷繁复杂的信息中提取出重要信息，加以设计和表达，使观者关注重要信息，引导和辅助其做出决策并解决问题。那么，首先要保证的就是数据真实可靠，只有这样，设计出的图表才有意义[4]。

3.2.2 符合用户心理的视觉思维与心智模型

视觉是作为人们观察和感知世界的第一感存在的，可视化图表设计要符合视觉思维，通过对重要信息的设计表达，创造出丰富且有重大影响的信息图像，刺激大脑兴奋度，产生更易被大脑容纳和接受的信息[6]。因此，设计者往往要通过信息思维和视觉思维对可视化图表进行设计。但是，正如心智模型的提出者Kenneth Craik所说，心智模型是根深蒂固于每个人心中的，是一种思维定势。其决定着人们看待世界的方式和角度，当设计者设计出符合视觉思维的作品时，就注定无法满足所有人的要求。信息图表设计是一个一对多的设计，是否拥有相匹配的心智模型，也会影响一个图表设计的成功与否。

3.2.3 运用合适的可视化图表表达方式

图表的表现形式多种多样，而有效传递信息、辅助观者进行决策才是第一位。在这方面，如何能够更加清晰、直观地展现出观者关心的信息，并且被观者接受，也是可视化图表设计中的重要内容。

3.3 数据可视化图表设计流程

原始数据的收集、整理、筛选;

图表类型的选择;

从视觉风格角度对图表的表现形式进行设计，完善细节设计;

提交给用户，通过用户反馈来修改和完善图表设计，如图9所示。

4 数据可视化图表设计在现实生活中的应用

图表的使用可以追溯到很久以前，人们的祖先通过使用绳结来记录捕获猎物的多少，日晷也是通过石板上投影的方式来报读时间。信息载体无论是过去的石媒、竹媒、纸媒等记录方式，还是现在应用最为广泛的互联网技术，图表设计的本质都是为了能够有效传递信息，从众多庞杂的信息中提炼出重要内容并加以表达，使观者能够有效而清晰地读取信息。随着网页技术的不断发展，图表设计已不仅仅局限于静态单维，动态视觉可视化图表的使用也越来越广泛。动态视觉图表以其完整的故事性，生动展示了数据与数据之间的关联关系，提高了观者的认知度，赋予整个可视化图表以生命力。合理恰当地使用图表，会产生意想不到的效果。门捷列夫的元素周期表，形象而又简洁地展示了各元素之间复杂、多样但又相互联系的规律;哈里构建的英国伦敦地铁图更是提高了人们获取信息的效率。这些图表的应用是可视化应用中的经典案例，对信息和数据的深层次解读与构建，对生活、学习具有超乎想象的启示和帮助。而随着互联网技术的不断发展更新，灵活采用不同形式的图表，会对人们的生活产生更多积极的影响。

5 结语

数据可視化图表设计是基于视觉思维和理性思维两个维度进行的设计，其重在强调信息数据的可视化表达，是以获取信息为目的，图形展示为手段，信息传递为目标所进行的一系列视觉表达的过程。当然，清晰明了地传达主题才是人们设计的核心内容，视觉设计所追求的美感、创新都是要为数据信息所服务的。而伴随着互联网技术的不断发展，动态图表应用等使用的越来越广泛，都将传统意义上的图表设计推到了一个崭新的高度，既生动、有趣又具有吸引力的图表表达方式也会越来越多地运用到图表设计中来。相信未来的图表设计会迸发出更加强大的能量，为现实生活中的人们提供更加有意义的辅助作用。

参考文献

[1] 陈为.数据可视化[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2] 郝凝辉.探析信息设计中的信息图表设计[J].包装工程，2016，37（18）：76-81.

[3] 张倩.图表在信息可视化中的设计研究[J].设计，2018（2）：122-123.

[4] 胡书可.图表艺术化设计的表现原则探析[J].包装工程，2009，30（9）：195-196，202.

[5] 康剑，李轩.运动的数据——基于动态视觉的信息图表设计应用与研究[J].设计，2015（19）：27-30.

[6] 罗兵.网络信息的图形化以及数据的图表化整合设计[J].包装工程，2012，33（20）：37-40，64.

[7] 李会芳.论信息可视化设计体系中的信息图表设计[D].石家庄：河北师范大学，2014.

[8] 汪跃，唐志军，车德朝，等.战场态势一张图技术综述[J].指挥信息系统与技术，2020，11（1）：12-17.

[9] 张祥，王紫悦，杨清清，等.基于知识图谱的实体标签可视化[J].指挥信息系统与技术，2020，11（3）：1-9.