李升銳 張志 王星 李俊彥

摘要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息如何快速的理解成為關(guān)注的重點(diǎn)，信息可視化無疑是最有效的途徑，而交互性動(dòng)畫對(duì)抽象數(shù)據(jù)的可視化處理又將進(jìn)一步降低認(rèn)知負(fù)荷。探索數(shù)據(jù)信息自有的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，選擇合適的視覺化呈現(xiàn)方式，確保合理有效的視覺映射，將更易于解決動(dòng)畫可視化設(shè)計(jì)中的實(shí)際問題。

關(guān)鍵詞：信息可視化；信息設(shè)計(jì)；視覺傳達(dá)；動(dòng)畫

引言

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，信息量迅猛增長(zhǎng)，人們慢慢已陷入信息焦慮和信息過載造成的困境之中。如何在海量的信息中迅速而準(zhǔn)確的獲取重要信息，變得尤為困難。信息組成的主要元素便是數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)往往都是以散亂無規(guī)律的形式呈現(xiàn)，因此厘清繁冗復(fù)雜的數(shù)據(jù)關(guān)系便成為信息時(shí)代的一大困惑。如何將數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確而有效的傳達(dá)給使用者，讓使用者更好的理解并高效探索有價(jià)值的意義成為一個(gè)重要的課題。

1、信息可視化概述

信息可視化（Information Visnalization）旨在研究抽象數(shù)據(jù)信息（數(shù)值數(shù)據(jù)、非數(shù)值數(shù)據(jù)）的視覺呈現(xiàn)，將抽象數(shù)據(jù)利用圖形圖像等技術(shù)與方法清晰而有效的呈現(xiàn)。信息可視化通過跨專業(yè)學(xué)科達(dá)到交流和傳播之目的，綜合圖形圖像處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人機(jī)交互、心理學(xué)、文化研究等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。

信息可視化是將抽象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為間接可觀察的視覺形式的過程，可以增強(qiáng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)效果，提高了人腦加工和處理信息的效率，被廣泛運(yùn)用到了生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、工學(xué)、金融、商業(yè)服務(wù)等領(lǐng)域，給決策提供了一定的依據(jù)。在研究視域，信息可視化可以分為兩個(gè)方面，一是針對(duì)數(shù)據(jù)本身的可視化表達(dá)，二是針對(duì)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)關(guān)系的可視化表達(dá)。數(shù)據(jù)本身的可視化表達(dá)，即通過圖形圖像處理，將抽象數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀的視覺呈現(xiàn)，主要是對(duì)數(shù)據(jù)本身的剖析、呈現(xiàn)、演繹。數(shù)據(jù)關(guān)系的可視化表達(dá)，則需要通過對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算與處理，著重于數(shù)據(jù)之間關(guān)系的梳理與呈現(xiàn)。在應(yīng)用視域，可視化應(yīng)用領(lǐng)域涉及文本可視化、數(shù)據(jù)挖掘可視化、社交可視化、生物醫(yī)療可視化、藝術(shù)品可視化等。

2、信息可視化中動(dòng)畫的多維可視化

2.1 信息可視化中動(dòng)畫的概念

信息可視化中的動(dòng)畫主要是將可視化的抽象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)變化的過程。我們從許多信息可視化的實(shí)例中可以發(fā)現(xiàn)，閱讀者在與用戶界面產(chǎn)生交互時(shí)，表現(xiàn)信息的圖例會(huì)以動(dòng)態(tài)方式呈現(xiàn)，這個(gè)過程中的動(dòng)畫是依據(jù)時(shí)間維度的變化所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)的變化。動(dòng)畫的呈現(xiàn)形式，是由連續(xù)的靜態(tài)圖形或者影像承載于時(shí)間軸上不斷變化的結(jié)果，通過利用人眼的視覺暫留的特性對(duì)視覺產(chǎn)生連續(xù)的動(dòng)作錯(cuò)覺。從本質(zhì)上來看，所有的動(dòng)畫都是向閱讀者展現(xiàn)的一系列隨時(shí)間推移而連續(xù)快速變化的圖形或影像。從動(dòng)畫表現(xiàn)主體的研究角度來講，可將其分為兩類。

2.1.1 表現(xiàn)物體的運(yùn)動(dòng)的過程

表現(xiàn)物體的運(yùn)動(dòng)過程的動(dòng)畫，常以動(dòng)畫短片形式呈現(xiàn)。在常見的動(dòng)畫作品中，設(shè)計(jì)者往往以現(xiàn)實(shí)世界物體為原型加以夸張的表現(xiàn)手法，著重表現(xiàn)事物的運(yùn)動(dòng)過程，通過計(jì)算機(jī)動(dòng)畫（Computer Graphics）的方式表現(xiàn)人物、動(dòng)物、物品等的動(dòng)作?，F(xiàn)在已有相當(dāng)完備的準(zhǔn)則來協(xié)助設(shè)計(jì)者創(chuàng)作這一類型的動(dòng)畫作品。

2.1.2 表現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)的變化

表現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)變化的動(dòng)畫，是由科學(xué)可視化發(fā)展而來的，這其中的抽象數(shù)據(jù)既含有數(shù)值數(shù)據(jù)（報(bào)表、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、股票數(shù)據(jù)等），也含有非數(shù)值數(shù)據(jù)（地理信息、文本信息等）。它們的可視化表現(xiàn)都是基于現(xiàn)實(shí)模型數(shù)據(jù)變化而來的，將抽象數(shù)據(jù)可視化有利于幫助用戶更好更快速的獲取最新資訊?？梢暬瘎?dòng)畫將能夠呈現(xiàn)信息隨著時(shí)間推移的步驟和轉(zhuǎn)化過程。例如（圖1）所呈現(xiàn)的是2015年182個(gè)國(guó)家的預(yù)期壽命和收入，每個(gè)圓圈都代表一個(gè)國(guó)家，大小是人口規(guī)模，顏色是區(qū)域。GapMinder通過可視化動(dòng)畫直觀的呈現(xiàn)出182個(gè)國(guó)在2015年人口壽命和收入的預(yù)期。

表現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)變化的動(dòng)畫，在可視化圖像抽象數(shù)據(jù)的同時(shí)還能將數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化加以動(dòng)態(tài)的呈現(xiàn)，協(xié)助用戶剖析信息中隱藏的數(shù)據(jù)關(guān)系并高效的加以反饋。其動(dòng)態(tài)性與時(shí)間序列性這一個(gè)性化特點(diǎn)無疑對(duì)信息閱讀者具有極強(qiáng)的吸引力，較文字類描述更具生動(dòng)性和真實(shí)性，較靜態(tài)圖像更容易讓閱讀者發(fā)現(xiàn)核心的數(shù)據(jù)關(guān)系及內(nèi)涵。這一類型的動(dòng)畫被稱之為信息動(dòng)畫（Information animation），是信息可視化中的一個(gè)新維度，通過動(dòng)作和交互的形式增強(qiáng)了可視化信息的直觀性、準(zhǔn)確性和高效性。

2.2 信息可視化中動(dòng)畫應(yīng)用的利弊

信息可視化動(dòng)畫被廣泛應(yīng)用于用戶界面之中，一系列文獻(xiàn)表明，動(dòng)畫能大大提高信息的交互性與理解程度：1）運(yùn)動(dòng)物體更容易吸引用戶的注意力，動(dòng)畫相較于靜態(tài)圖像而言，能夠承載更多的信息數(shù)據(jù)，可展現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的大關(guān)系，更易于發(fā)覺數(shù)據(jù)的核心內(nèi)涵；2）動(dòng)畫在信息識(shí)別上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，能展現(xiàn)對(duì)象的變化過程，包括位置、顏色、形狀等軌跡信息，讓閱讀者發(fā)掘?qū)ο蟮倪\(yùn)動(dòng)變化過程；3）動(dòng)畫有利于因果關(guān)系和指向性的表達(dá)，動(dòng)態(tài)化的視覺展現(xiàn)方式更容易引起用閱讀者的興趣，閱讀者對(duì)信息的視覺感知和結(jié)構(gòu)理解將更為高效。

當(dāng)然，動(dòng)畫在信息識(shí)別中也存在著一些缺點(diǎn)：1）動(dòng)畫中在數(shù)據(jù)可視化轉(zhuǎn)換過程中可能會(huì)讓閱讀者注意到無價(jià)值的信息，因此動(dòng)畫相較于靜態(tài)圖像會(huì)具有一定的信息過量威脅，容易導(dǎo)致閱讀者的誤解，需要閱讀者具有一定的認(rèn)知能力，增加了閱讀者對(duì)信息的認(rèn)知成本；2）動(dòng)畫容易分散閱讀者的注意力，容易導(dǎo)致閱讀者的焦點(diǎn)集中于某一部分而忽略了其他區(qū)域的重要信息，干擾了對(duì)數(shù)據(jù)的深層認(rèn)知，導(dǎo)致難以發(fā)掘數(shù)據(jù)信息之間的相關(guān)程度與核心內(nèi)涵，使信息獲取變得碎片化，不易于信息識(shí)別；3）動(dòng)畫具有時(shí)間幀這一特殊性質(zhì)，動(dòng)畫速度過快不利于數(shù)據(jù)信息的獲取與理解，動(dòng)畫速度過慢則耽誤閱讀者時(shí)間，動(dòng)畫的最佳速度由閱讀者的使用背景和應(yīng)用場(chǎng)景的復(fù)雜程度決定，因此不易于確定。且動(dòng)畫存在第二幀取代第一幀的情形，將會(huì)進(jìn)一步增加對(duì)閱讀者的認(rèn)知要求。閱讀者在獲取后一幀的信息時(shí)必須及時(shí)在大腦中儲(chǔ)備前幀的數(shù)據(jù)信息，在達(dá)到一定信息量后，勢(shì)必又將增加閱讀者的認(rèn)知成本。

2.3 信息可視化中動(dòng)畫的應(yīng)用情境及原則

2.3.1 信息可視化中動(dòng)畫的應(yīng)用情境

Danyel Fisher在一篇研究動(dòng)畫可視化的文章中提到，數(shù)據(jù)可視化的一個(gè)維度：“展現(xiàn)-探索”。因此，從功能主義角度研究信息可視化上看，主要可分為兩個(gè)方面。第一個(gè)方面為“展現(xiàn)”，主要強(qiáng)調(diào)對(duì)數(shù)據(jù)信息的呈現(xiàn)，設(shè)計(jì)者通過可視化處理著重于詮釋數(shù)據(jù)內(nèi)容，閱讀者理解和接受觀點(diǎn)。第二個(gè)方面為“探索”，設(shè)計(jì)者呈現(xiàn)數(shù)據(jù)信息，閱讀者主動(dòng)探索數(shù)據(jù)內(nèi)容。這里將“展現(xiàn)”和“探索”區(qū)分開進(jìn)行探討，實(shí)則“展現(xiàn)”和“探索”并不是完全分離的，許多交互的Web應(yīng)用允許用戶去探索一些維度同時(shí)并沒有出現(xiàn)原始數(shù)據(jù)。因此，“展現(xiàn)”和“探索”之間的關(guān)系意味著設(shè)計(jì)者需要考慮可視化的目的。

那么，“展現(xiàn)”和“探索”具有怎樣的差異呢？其中，“展現(xiàn)”（Presentation）著重于設(shè)計(jì)者詮釋數(shù)據(jù)，讓閱讀者接受觀點(diǎn)，使數(shù)據(jù)得以穩(wěn)定的呈現(xiàn)。達(dá)到選擇性的突出關(guān)鍵，逐一維度的清晰表達(dá)以及清晰描述軌跡信息之目的；“探索”（Explorer）著重于設(shè)計(jì)者呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，讓閱讀者直接探索數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)顯示實(shí)時(shí)因操作而產(chǎn)生變化。將有利于數(shù)據(jù)信息的多維度分析，多次改變映射關(guān)系，以尋找數(shù)據(jù)趨勢(shì)以及漏洞，最終使閱讀者的認(rèn)知成本達(dá)到最低化。

上文雖然分析了信息可視化中動(dòng)畫應(yīng)用中存在的一些缺點(diǎn)，但其仍然在說明趨勢(shì)、運(yùn)動(dòng)和描述軌跡信息上占據(jù)著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。在信息可視化動(dòng)畫中，使閱讀者高效的認(rèn)知信息是設(shè)計(jì)者的目的及核心要點(diǎn)。 “展現(xiàn)”型動(dòng)畫中只能展示較少的維度，對(duì)于多維度、復(fù)雜性的信息的展示則存在著較大的難度。因此，“探索”型的交互控制動(dòng)畫常用于復(fù)雜的、多維度信息數(shù)據(jù)的展示。靈活的交互表現(xiàn)方式將會(huì)使閱讀者主動(dòng)探索數(shù)據(jù)信息并合理的分解信息結(jié)構(gòu)，最大程度上的降低閱讀者的認(rèn)知成本，提供最佳的視覺感受。

“探索”型的交互動(dòng)畫主要突出主動(dòng)控制這一特征，數(shù)據(jù)同閱讀者產(chǎn)生交互，即交互性動(dòng)畫。交互性動(dòng)畫將使閱讀者高效主動(dòng)地獲取信息，有效降低了認(rèn)知成本。但在降低閱讀者認(rèn)知成本的同時(shí)，也勢(shì)必會(huì)造成其他認(rèn)知問題的產(chǎn)生。例如：1）對(duì)缺少交互性動(dòng)畫使用經(jīng)驗(yàn)的人群，交互性動(dòng)畫將增加閱讀者的學(xué)習(xí)成本；2）設(shè)計(jì)者對(duì)交互性動(dòng)畫的程序設(shè)計(jì)不當(dāng)，將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)呈現(xiàn)存在缺陷；3）分段展示設(shè)計(jì)不科學(xué)，不利于閱讀者的控制。因此，用戶的交互控制能力與動(dòng)畫的科學(xué)分段展示將是動(dòng)畫可視化成功與否的重要影響因素。

動(dòng)畫可視化設(shè)計(jì)上存在著關(guān)系的權(quán)衡，要使其不僅僅適用于動(dòng)畫而且適用于更為普遍的方方面面。

2.3.2 確保動(dòng)畫可視化有效的原則

對(duì)于確保動(dòng)畫可視化有效的原則，Tversky、Morrison及Bétrancour在其2002年的論文中指出兩條通用性的指導(dǎo)原則：可視化應(yīng)該保持一致性和易理解性。一致性也就意味著呈現(xiàn)的信息符號(hào)必須和底層數(shù)據(jù)密切關(guān)聯(lián)。易理解性則表示可視化必須易于閱讀者的理解。因此，所有的原則都應(yīng)該在這兩條通用性指導(dǎo)原則的范疇之內(nèi)，堅(jiān)持正確的原則將會(huì)確保信息可視化動(dòng)畫向著最優(yōu)方向演進(jìn)。

確保動(dòng)畫可視化有效的原則有三點(diǎn)，即分段展示原則、必要移動(dòng)原則及有意義移動(dòng)的原則。分段展示原則，逐個(gè)展現(xiàn)維度，確?？梢暬恍枰瑫r(shí)做出多個(gè)變化。即可視化被分解為多個(gè)步驟，每階段可確保在下一步開始前已經(jīng)完成；必要移動(dòng)原則，確保有效映射，每一步的任意時(shí)刻都需要確?？梢暬哂幸饬x。即確保存在一個(gè)從數(shù)據(jù)到可視化的映射，設(shè)計(jì)者只對(duì)變化信息進(jìn)行動(dòng)畫展示；有意義移動(dòng)原則，保留有意義映射并維持不變，移動(dòng)的坐標(biāo)和類型應(yīng)該都是具有實(shí)際意義的。

2.4 信息可視化的動(dòng)畫設(shè)計(jì)框架

在信息可視化動(dòng)畫研究領(lǐng)域以外的動(dòng)畫相關(guān)研究已經(jīng)形成了較為完備的體系，在傳統(tǒng)的動(dòng)畫的視覺設(shè)計(jì)中一般包括造型設(shè)計(jì)、色彩設(shè)計(jì)、文字?jǐn)⑹觥?dòng)作設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)場(chǎng)設(shè)計(jì)、動(dòng)畫制作等。這樣的設(shè)計(jì)方式對(duì)信息可視化動(dòng)畫具有一定的參考價(jià)值，但信息可視化動(dòng)畫設(shè)計(jì)中在注重圖像識(shí)別的基礎(chǔ)上更應(yīng)厘清元素之間的信息關(guān)系，在以“信息傳遞”為主要目標(biāo)的信息可視化動(dòng)畫中，可視化視覺表達(dá)是為信息設(shè)計(jì)所服務(wù)的，所以可視化表達(dá)的準(zhǔn)確性與信息之間的匹配性將是重中之重，理想化的信息可視化是讓閱讀者最高效的獲取信息。因此，在參考傳統(tǒng)動(dòng)畫設(shè)計(jì)方式及綜合信息可視化動(dòng)畫遵從原則及目的后，歸納出信息可視化動(dòng)畫的設(shè)計(jì)框架。

2.4.1 圖形元素設(shè)計(jì)

圖形元素是可視化表達(dá)的重要載體媒介，是信息可視化最基本、最實(shí)質(zhì)性的元素，圖形元素的形態(tài)變化將會(huì)引導(dǎo)閱讀者感知?jiǎng)赢嫷某尸F(xiàn)過程。對(duì)圖形元素的設(shè)計(jì)涵蓋兩方面，一為元素自身外形的設(shè)計(jì)，依據(jù)信息展示特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出在視覺感官上有利于高效引導(dǎo)閱讀者理解數(shù)據(jù)信息的圖形元素。二為圖形元素變化形狀的設(shè)計(jì)，動(dòng)畫是承載于時(shí)間軸上不斷變化的結(jié)果，“變”才是其中的核心要素，有目的有意義的形狀變化將會(huì)使可視化數(shù)據(jù)更直觀有效的呈現(xiàn)。例如我們常用形狀的放大和縮小來表示數(shù)據(jù)的增加或減少這一過程，這一形狀上的變化便有利于閱讀者高效理解所傳遞的信息內(nèi)容。

2.4.2 動(dòng)作設(shè)計(jì)

動(dòng)畫動(dòng)作設(shè)計(jì)，其主要包括這樣幾個(gè)方面，分別是方向、速度、運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)定與呈現(xiàn)。在動(dòng)畫的觀察過程中，閱讀者將主要依據(jù)元素形狀、形態(tài)的變化或和周圍元素間產(chǎn)生的對(duì)比等關(guān)系來判斷數(shù)據(jù)所傳遞的核心信息。往往以元素的位置、大小或速度的變化為判斷的先行條件。這些特征都將映射于信息可視化中，這些有效且有意義的映射都能直觀展現(xiàn)元素在時(shí)間軸上的維度變化。

2.4.3 節(jié)奏設(shè)計(jì)

對(duì)于動(dòng)畫設(shè)計(jì)者而言，節(jié)奏的設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)動(dòng)畫設(shè)計(jì)中就是分鏡頭設(shè)計(jì)，主要依據(jù)動(dòng)畫內(nèi)容確定動(dòng)畫表現(xiàn)的出現(xiàn)時(shí)間、展現(xiàn)形式、情境的調(diào)節(jié)，使動(dòng)畫情節(jié)更為生動(dòng)有趣。而信息可視化中節(jié)奏的設(shè)計(jì)，首先要從可視化內(nèi)容和結(jié)構(gòu)切入，依據(jù)信息展示特點(diǎn)進(jìn)行節(jié)奏的把握，繼而確定動(dòng)畫情節(jié)出現(xiàn)與消失的時(shí)間、動(dòng)畫持續(xù)的時(shí)長(zhǎng)、展示的頻率等要素。

在信息展現(xiàn)過程中，不論是圖形元素、動(dòng)作設(shè)計(jì)還是節(jié)奏設(shè)計(jì)，每一次的變化都應(yīng)是有助于閱讀者理解信息的合理視覺呈現(xiàn)。

3、結(jié)語

在信息可視化大環(huán)境下，動(dòng)畫的多維信息可視化成為一種越來越重要的展現(xiàn)形式，這一表征形式因其輕松有趣的特點(diǎn)獲得多數(shù)受眾的歡迎?？梢暬某尸F(xiàn)方式則成為了設(shè)計(jì)者們關(guān)注的重點(diǎn)，在迎合閱讀者的同時(shí)更不能忽視動(dòng)畫因自身特點(diǎn)所帶來的認(rèn)知負(fù)荷問題。要從數(shù)據(jù)信息自身的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)切入，選擇合適的視覺化呈現(xiàn)方式，確保合理有效的視覺映射，才是信息可視化設(shè)計(jì)的正確打開方式。同時(shí)，在動(dòng)畫可視化設(shè)計(jì)上存在著關(guān)系的權(quán)衡，要使其不僅僅適用于動(dòng)畫而且適用于更為普遍的方方面面。

參考文獻(xiàn)：

[1] 付心儀，劉世霞，徐迎慶.信息可視化的發(fā)展與思考[J].裝飾，2017， （04）：16-19.

[2] 楊彥波，劉濱，祁明月.信息可視化研究綜述[J].河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2014，（01）：91-102.

[3] Julie Steele，Noah Iliinsky編. 數(shù)據(jù)可視化之美[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2011：323-324.

[4] 陳為，沈則潛.大數(shù)據(jù)叢書：數(shù)據(jù)可視化[M].北京：電子工業(yè)出版社，

2013.

作者簡(jiǎn)介：

李升銳，現(xiàn)就讀于武漢工程大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院16級(jí)視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)專業(yè)，主要研究方向?yàn)橐曈X傳達(dá)設(shè)計(jì)、信息可視化；

張志，副教授，現(xiàn)就職于武漢工程大學(xué)，主要研究方向?yàn)殡娮由虅?wù)，新媒體營(yíng)銷方向；

王星，現(xiàn)就讀于武漢工程大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院16級(jí)視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)專業(yè)，主要研究方向?yàn)橐曈X傳達(dá)設(shè)計(jì)；

李俊彥，現(xiàn)就讀于武漢工程大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院16級(jí)視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)專業(yè)，主要研究方向?yàn)橐曈X傳達(dá)設(shè)計(jì)。