賈倩文，柴春雷，蔡蕊屹

（1.天津天獅學(xué)院，天津 301738；2.浙江大學(xué)，杭州 310027）

在信息爆炸的時(shí)代下，數(shù)據(jù)可視化為人們快速獲取知識(shí)與洞察規(guī)律提供了快捷方式，好的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式能夠化繁為簡，幫助人們快速達(dá)到“視物致知”的目的；錯(cuò)誤的表示會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)傳播造成一定的損害，給使用者的判斷造成部分或全部的誤導(dǎo)。隨著科技的不斷發(fā)展，用戶對(duì)數(shù)據(jù)可視化的需求也隨之升級(jí)，一個(gè)有效的可視化設(shè)計(jì)不僅包括數(shù)據(jù)的挖掘與篩選、交互邏輯與技術(shù)選擇，還包括可視化形式中的視圖選擇與設(shè)計(jì)美學(xué)等相關(guān)研究。

本文圍繞數(shù)據(jù)可視化中設(shè)計(jì)美學(xué)研究進(jìn)行綜述，首先從“數(shù)據(jù)分類–可視化形式–交互方式與技術(shù)”三個(gè)方面介紹了數(shù)據(jù)可視化的研究現(xiàn)狀；其次從“設(shè)計(jì)美學(xué)–需求分析–美學(xué)要素–應(yīng)用原則”四個(gè)方面對(duì)數(shù)據(jù)可視化中的設(shè)計(jì)美學(xué)相關(guān)研究與問題進(jìn)行闡述；再次從傳統(tǒng)美學(xué)評(píng)價(jià)與數(shù)據(jù)可視化中美學(xué)評(píng)價(jià)的異同對(duì)現(xiàn)有方法進(jìn)行梳理；最后對(duì)數(shù)據(jù)可視化中設(shè)計(jì)美學(xué)研究發(fā)展進(jìn)行思考和展望。

1 數(shù)據(jù)可視化

狹義上的數(shù)據(jù)可視化是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，借助人腦的視覺思維能力，將抽象的數(shù)據(jù)表現(xiàn)為可見的圖形或圖像，幫助人們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱藏的內(nèi)在規(guī)律，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)；廣義上的數(shù)據(jù)可視化則是數(shù)據(jù)可視化、信息可視化和科學(xué)可視化等多個(gè)領(lǐng)域的統(tǒng)稱，其中“可視化”除了可被理解為“看見”之外，還可以被理解為“易于理解”。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)據(jù)的定義從常規(guī)認(rèn)知觀念中數(shù)字、符號(hào)也逐步延伸到動(dòng)作、表情、心率等可被監(jiān)測的生理或者肢體行為[1]。作為交叉學(xué)科的數(shù)據(jù)可視化根據(jù)其數(shù)據(jù)呈現(xiàn)過程，可將其研究對(duì)象分為數(shù)據(jù)、表現(xiàn)形式、可視化技術(shù)三個(gè)方面。因此，本文就此三個(gè)方面按照時(shí)間順序進(jìn)行綜述[2]。

1.1 數(shù)據(jù)的分類

基于狹義的數(shù)據(jù)概念，可將數(shù)據(jù)根據(jù)其自身變化分為自變量、因變量、干涉變量、控制變量等數(shù)據(jù)類型；基于廣義的數(shù)據(jù)概念，可將數(shù)據(jù)從使用目的分為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。其中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)又可分為物化存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與數(shù)字化數(shù)據(jù)，具有存儲(chǔ)功能的物化數(shù)據(jù)泛指地圖、表格、影像、磁帶、紙帶等；數(shù)字化數(shù)據(jù)又可分為矢量數(shù)據(jù)、格網(wǎng)數(shù)據(jù)等；統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)又可分為4 種類型：一是定類數(shù)據(jù)，多從類別而非順序上進(jìn)行區(qū)分，多是由定類尺度計(jì)量形成的；二是定序數(shù)據(jù)——表現(xiàn)為類別，但有順序，是由定序尺度計(jì)量形成的；三是定距數(shù)據(jù)——表現(xiàn)為數(shù)值，可進(jìn)行加、減運(yùn)算，是由定距尺度計(jì)量形成的；四是定比數(shù)據(jù)——表現(xiàn)為數(shù)值，可進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算，是由定比尺度計(jì)量形成的。此外，國內(nèi)外部分學(xué)者按照自身需求與理解從整體上將數(shù)據(jù)分為兩大類，一是按照數(shù)據(jù)特征與任務(wù)關(guān)系進(jìn)行分類，二是按照不同應(yīng)用領(lǐng)域中的使用目標(biāo)進(jìn)行分類。

從數(shù)據(jù)特征及其任務(wù)關(guān)系出發(fā)，Stevens[3]基于數(shù)據(jù)分析目的將數(shù)據(jù)分為類別型數(shù)據(jù)、有序型數(shù)據(jù)、區(qū)間型數(shù)據(jù)和比值型數(shù)據(jù)；Shneiderman[4]按照任務(wù)分類法在實(shí)驗(yàn)中將數(shù)據(jù)分為7 類，分別是一維數(shù)據(jù)、二維數(shù)據(jù)、三維數(shù)據(jù)、時(shí)間數(shù)據(jù)、多維數(shù)據(jù)、樹狀數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；田雷等[5]將數(shù)據(jù)可視化之間的關(guān)系分為5類，分別是單個(gè)數(shù)據(jù)的可視化、流關(guān)系數(shù)據(jù)的可視化、對(duì)比關(guān)系數(shù)據(jù)的可視化、層次關(guān)系數(shù)據(jù)的可視化和邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)的可視化；陳為等[6]從宏觀上將數(shù)據(jù)分為時(shí)空數(shù)據(jù)和非時(shí)空數(shù)據(jù)，從關(guān)系模型的角度和數(shù)據(jù)屬性的角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，從關(guān)系模型將數(shù)據(jù)分為實(shí)體和關(guān)系兩部分，從數(shù)據(jù)屬性分為離散和連續(xù)；孫東偉等[7]將數(shù)據(jù)按性質(zhì)與表現(xiàn)形式分別進(jìn)行分類，首先從數(shù)據(jù)性質(zhì)將其分定位數(shù)據(jù)、定性數(shù)據(jù)、定量數(shù)據(jù)與定時(shí)數(shù)據(jù)，接著她從表現(xiàn)形式上又將數(shù)據(jù)分別分為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)。

從數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域出發(fā)，數(shù)據(jù)分類依據(jù)與結(jié)果通常因?qū)W者研究背景差異而不同，如鄭婭峰等[8]從教育領(lǐng)域的數(shù)據(jù)可視化角度將數(shù)據(jù)分為文本數(shù)據(jù)、多維數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、時(shí)間序列數(shù)據(jù)與地理空間數(shù)據(jù)；劉書含等[9]從工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中數(shù)據(jù)可視化角度出發(fā)，按照工業(yè)生產(chǎn)順序劃分為設(shè)計(jì)規(guī)劃、生產(chǎn)制造和產(chǎn)品運(yùn)維等3 個(gè)階段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類；王藝等[10]將醫(yī)療領(lǐng)域的數(shù)據(jù)主要分為臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、生物醫(yī)藥數(shù)據(jù)、電子病歷與診斷書數(shù)據(jù)、個(gè)體健康信息；JO[11]從AR 應(yīng)用領(lǐng)域出發(fā)，從整體上將數(shù)據(jù)分為現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)與增強(qiáng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分類總覽見表1。

表1 數(shù)據(jù)分類Tab.1 Data classification

1.2 數(shù)據(jù)可視化表現(xiàn)形式的發(fā)展

數(shù)據(jù)可視化美學(xué)設(shè)計(jì)的起源可追溯至著名天文學(xué)家Halley 于1702 年徒手繪制的地圖，這一時(shí)期較有代表性的還有Wiliam Playfair 在1765 年創(chuàng)造的第一張時(shí)間線圖。現(xiàn)代可視化設(shè)計(jì)的開端可追溯到1801 年英國地質(zhì)學(xué)家William Smith 的一張“改變世界的地圖”，他在地圖上用不同的曲線表現(xiàn)出不同的數(shù)量信息，這一舉動(dòng)突破了傳統(tǒng)地質(zhì)圖可視化的表現(xiàn)方式，并在地圖繪制領(lǐng)域掀起了一股潮流，隨后法國工程師Charles Joseph Minard 用二維的表現(xiàn)手法展示了6 張拿破侖戰(zhàn)爭時(shí)期軍隊(duì)損失的統(tǒng)計(jì)圖，標(biāo)志著19 世紀(jì)上半葉數(shù)據(jù)制圖的黃金時(shí)期的到來。1855 年南丁格爾繪制了一張英國軍隊(duì)士兵死亡原因圖，圖中用簡單的表現(xiàn)形式深刻地解釋了死亡背后的原因，充滿了情感化，見圖1。1879 年Luigi Perozzo 開創(chuàng)性地以三維立體有彩金字塔的表現(xiàn)形式繪制了一張瑞典人口普查數(shù)據(jù)圖，這種表現(xiàn)形式不僅提高了受眾對(duì)信息獲取的感知力與速度，還突破了當(dāng)時(shí)已有的表現(xiàn)形式。

圖1 南丁格爾玫瑰圖Fig.1 The Nightingale Rose chart

縱觀18 世紀(jì)多種數(shù)據(jù)可視化表現(xiàn)形式與方法的涌現(xiàn)，意味著人們開始意識(shí)到數(shù)據(jù)可視化的美觀性對(duì)數(shù)據(jù)獲取有效性之間的影響，隨著人們意識(shí)的覺醒，諸學(xué)者也逐步開始對(duì)數(shù)據(jù)可視化更高維度的表現(xiàn)形式、方法和其在不同領(lǐng)域的匹配相適度進(jìn)行嘗試與探索[12]。

20 世紀(jì)，隨著各種數(shù)據(jù)生成與繪制軟件的普及，各研究單位逐漸開始使用數(shù)字化表現(xiàn)手段取代手繪圖形，各種新型的數(shù)據(jù)可視化表現(xiàn)形式與方法開始出現(xiàn)，見圖2。20 世紀(jì)80 年代至今，多維空間中動(dòng)態(tài)交互式的數(shù)據(jù)可視化方式成為新的發(fā)展主題[13]，部分學(xué)者如芮小丹等[14]將可視化形式分別從靜態(tài)、動(dòng)態(tài)進(jìn)行梳理，其中靜態(tài)圖形包含極區(qū)圖、桑基圖、矩形式圖、熱力圖、樹狀圖、Hypobarictree 圖、氣泡圖、地圖、Andrews 曲線法、投影法、星繪法（Star plots）、體模型法、星狀坐標(biāo)系統(tǒng)的多維信息顯示方法和Chernoff 面法、彈性網(wǎng)絡(luò)圖等形式；動(dòng)態(tài)可視化形式包括以動(dòng)畫形式為主的動(dòng)態(tài)圖表，相關(guān)工具主要有Processing、Ocam、Adobe premiere、Adobe effect 等；陳為等[6]根據(jù)時(shí)空維度將數(shù)據(jù)細(xì)分為數(shù)十種形式并對(duì)可視化形式與方法展開說明。

圖2 數(shù)據(jù)可視化形式發(fā)展Fig.2 List of data visualization form development

1.3 數(shù)據(jù)可視化的交互方式與技術(shù)

交互方式與技術(shù)是相互促進(jìn)、相互影響的關(guān)系，技術(shù)的發(fā)展能為用戶創(chuàng)造體驗(yàn)更好的交互方式，對(duì)用戶交互方式背后需求的深入挖掘又能對(duì)交互技術(shù)的發(fā)展起到激勵(lì)作用，最終交互方式與技術(shù)的變革又會(huì)對(duì)交互模式產(chǎn)生影響?；谙嚓P(guān)文獻(xiàn)分析，本文從交互任務(wù)、交互空間、交互通道對(duì)可視化交互方式與技術(shù)進(jìn)行梳理。

從交互任務(wù)出發(fā)，陳為等[6]在Amar 提出的七大可視化任務(wù)基礎(chǔ)上，將可視化系統(tǒng)中的交互技術(shù)補(bǔ)充為選擇、導(dǎo)航（縮放、平移、旋轉(zhuǎn)）、重配、編碼、抽象-具體、過濾、關(guān)聯(lián)、概覽+細(xì)節(jié)、焦點(diǎn)+上下文（變形、加層）；劉濱等[15]依據(jù)數(shù)據(jù)特征將現(xiàn)有的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)主要分為基于幾何技術(shù)、基于圖標(biāo)技術(shù)、基于降維技術(shù)、面向像素技術(shù)、基于時(shí)間序列技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)技術(shù)的數(shù)據(jù)可視化方法，以及層次可視化技術(shù)和分布技術(shù)等；Jaemin 等[16]基于Spark 的流式處理方式，利用亞馬遜EC2 集群開發(fā)了適用于大規(guī)模高維數(shù)據(jù)可視分析系統(tǒng)“SwiftTuna”；Nostalgia[17]從情感可視化的角度研發(fā)出VisAP 智能模型，模型會(huì)根據(jù)用戶自主輸入的故事中不同情節(jié)與角色進(jìn)行情感權(quán)重分析，最后通過可視化界面進(jìn)行展示。

交互空間宏觀上主要分為傳統(tǒng)物理空間和數(shù)字信息空間，具體又可細(xì)分為屏幕空間、數(shù)據(jù)值空間、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)空間、屬性空間、對(duì)象空間和可規(guī)劃結(jié)構(gòu)空間，現(xiàn)有的交互通道主要是以視、聽、觸3 種感官通道的多重交互為主，不同的交互通道與空間對(duì)交互技術(shù)的要求也各不相同。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的普及，數(shù)字空間中的混合可視化技術(shù)進(jìn)入諸學(xué)者視野，如Moller 等[18]對(duì)虛擬數(shù)字可視化形式進(jìn)行了創(chuàng)新，算法設(shè)計(jì)者可以對(duì)可視化形式的顯示屬性如空間化、時(shí)間、顏色、和透明度等要素進(jìn)行自主選擇，生成具有個(gè)人風(fēng)格的可視化界面；Cheng Li 等[19]提出Virtual Retractor 技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可以在不影響數(shù)據(jù)特征的前提下，允許用戶模擬像切割和分割實(shí)際物體一樣直接操縱和探索數(shù)據(jù)，多角度的切割與轉(zhuǎn)換可以使用戶更輕易、直觀地感受到數(shù)據(jù)的變化，見圖3；Gerard Jounghyun 等[20]對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中數(shù)據(jù)可視化的操控技術(shù)進(jìn)行探索，將柱狀圖與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，通過手勢控制其變化使數(shù)據(jù)觀測更為直觀；Kostoláni 等[21]將AR 技術(shù)應(yīng)用在工廠的監(jiān)控系統(tǒng)中，此舉可使用戶走在工廠中就能實(shí)時(shí)觀察到數(shù)字儀表盤和信息圖表的變化，實(shí)現(xiàn)了人與場景數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)融合。

圖3 Virtual Retractor 技術(shù)Fig.3 Virtual Retractor Technology

2 數(shù)據(jù)可視化中的設(shè)計(jì)美學(xué)研究現(xiàn)狀

2.1 研究方法

本研究主要采用文獻(xiàn)分析法與內(nèi)容分析法，首先將標(biāo)題關(guān)鍵詞進(jìn)行拆分，利用CNKI 數(shù)據(jù)庫對(duì)1984年至2022 年的文獻(xiàn)進(jìn)行搜索，通過對(duì)不同研究模塊的文獻(xiàn)資料進(jìn)行梳理，得出“設(shè)計(jì)美學(xué)”相關(guān)文獻(xiàn)1 888 余篇、“數(shù)據(jù)可視化”相關(guān)文獻(xiàn)15 355 篇。然后以“數(shù)據(jù)可視化中的設(shè)計(jì)美學(xué)”完整標(biāo)題，利用VOSviewer 與Cite space 等文獻(xiàn)分析軟件對(duì)來自知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和Web of Science 數(shù)據(jù)庫檢索后的2 000 余篇文章進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，設(shè)置關(guān)鍵詞最小出現(xiàn)頻次為5，在檢測出的7 337 個(gè)關(guān)鍵詞中最終得到符合要求的237 個(gè)關(guān)鍵詞與17 個(gè)聚類，得出排名前15 的高頻關(guān)鍵詞和關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜（見表2、圖4）。最后根據(jù)分析對(duì)象形成關(guān)于數(shù)據(jù)可視化中設(shè)計(jì)美學(xué)與應(yīng)用的歷史脈絡(luò)。

圖4 數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)美學(xué)研究貢獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵詞Fig4. Data visual design aesthetics research contribution network keywords

表2 高頻關(guān)鍵詞Tab.2 High-frequency keywords

根據(jù)共現(xiàn)分析可得出在可視化的發(fā)展過程中，“界面設(shè)計(jì)、信息美學(xué)、交互設(shè)計(jì)、美學(xué)”等詞是聯(lián)系設(shè)計(jì)美學(xué)與數(shù)據(jù)可視化的關(guān)鍵橋梁；而“數(shù)據(jù)可視化”與“設(shè)計(jì)美學(xué)”巨大的文獻(xiàn)數(shù)量差異背后反映出，雖然在實(shí)際的數(shù)據(jù)可視化實(shí)踐中，相關(guān)研究者與用戶對(duì)可視化表現(xiàn)形式的美學(xué)追求一直處于快速迭代的狀態(tài)，但在理論研究方面，數(shù)據(jù)可視化中設(shè)計(jì)美學(xué)的研究較少。

2.2 設(shè)計(jì)美學(xué)的概念界定

數(shù)據(jù)可視化中的設(shè)計(jì)美學(xué)研究可以從設(shè)計(jì)美學(xué)的起源發(fā)展進(jìn)行回顧，美學(xué)最初的意義是“對(duì)感觀的感受”，由德國哲學(xué)家Baumgarten 在他的《美學(xué)》中首次提出，此書是歷史上的第一部美學(xué)專著。在Baumgarten 之后，Immanuel Kant 與Hegel 也就美學(xué)進(jìn)行了相關(guān)的討論并著有《美學(xué)》等相關(guān)書籍，整體來看西方初期關(guān)于美學(xué)的討論主要以思辨的形式分，別從美學(xué)研究的主客觀性、美學(xué)的精神性、物質(zhì)性等方面進(jìn)行了討論。

國際上設(shè)計(jì)美學(xué)的研究可追溯到20 世紀(jì)30 年代技術(shù)美學(xué)的誕生，其主要包含兩個(gè)方面內(nèi)容，一方面是生產(chǎn)中的美學(xué)問題，也就是生產(chǎn)美學(xué)、勞動(dòng)美學(xué)等問題；另一方面是研究勞動(dòng)生產(chǎn)中與美學(xué)問題密切相關(guān)的藝術(shù)設(shè)計(jì)，即“迪扎因”（design）問題，這種設(shè)計(jì)不僅涉及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的最新成果，而且還涉及整個(gè)社會(huì)生活的美化。從19 世紀(jì)中下葉開始，相關(guān)研究人員進(jìn)一步對(duì)美學(xué)領(lǐng)域從宏觀研究與微觀研究、綜合研究與分門研究、理論探討與實(shí)際應(yīng)用展開了深入研究[22]。

回顧我國以設(shè)計(jì)美學(xué)命名的著作可追溯到1989年翟光臨編著的《設(shè)計(jì)美學(xué)》，以此書為始，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國關(guān)于設(shè)計(jì)美學(xué)的專著現(xiàn)有30 部左右，相關(guān)學(xué)者對(duì)美的理解與研究視角也各不相同。朱光潛、葉郎等對(duì)美的形態(tài)中的“態(tài)”通常更多地從儒釋道中所謂的“意境”“氣韻”“道法”等方面進(jìn)行更深入的闡述；章利國、陳望衡、徐恒醇[23]3 位則圍繞設(shè)計(jì)過程的美學(xué)、設(shè)計(jì)美學(xué)與美學(xué)的關(guān)系等視角展開討論；黃柏青[24]、梁梅分別從設(shè)計(jì)美學(xué)的現(xiàn)象、要素與表現(xiàn)、不同時(shí)期的設(shè)計(jì)美學(xué)側(cè)重點(diǎn)等方面進(jìn)行討論。

此外，我國在對(duì)設(shè)計(jì)美學(xué)的對(duì)象、本質(zhì)、范圍的相關(guān)定義也各不相同，如張黔[25]認(rèn)為“設(shè)計(jì)藝術(shù)之美的本質(zhì)是在解決人的實(shí)用功能的前提下能體現(xiàn)人對(duì)自由的追求的人為性形式，美源自于勞動(dòng)”；徐恒醇提出“設(shè)計(jì)美學(xué)是探討設(shè)計(jì)藝術(shù)實(shí)踐的美學(xué)意義及人類如何通過按照美的規(guī)律進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)活動(dòng)”；梁梅[26]提出設(shè)計(jì)美學(xué)是一個(gè)時(shí)期、一個(gè)民族審美觀念的物化。在多樣化且無法統(tǒng)一的定義背后，究其原因，一方面是由于研究者個(gè)人審美體驗(yàn)的相對(duì)主觀性所導(dǎo)致的評(píng)價(jià)差異化，另一方面是由于不同時(shí)代背景下我國設(shè)計(jì)學(xué)科的定義、研究范疇與地位一直處于動(dòng)態(tài)變化之中[27]。

2.3 數(shù)據(jù)可視化中需求驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)美學(xué)研究發(fā)展

基于對(duì)數(shù)據(jù)可視化與設(shè)計(jì)美學(xué)相關(guān)概念的梳理，數(shù)據(jù)可視化中的設(shè)計(jì)美學(xué)研究可以定義為，以設(shè)計(jì)為橋梁實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化中的審美體驗(yàn)研究，在保證用戶高效地獲得所需內(nèi)容的同時(shí)能夠喚起用戶情緒反應(yīng)。數(shù)據(jù)可視化中美學(xué)需求的發(fā)展與計(jì)算機(jī)學(xué)科技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，在早期計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域的研究重點(diǎn)多以解決功能性需求為主，對(duì)數(shù)據(jù)可視化中關(guān)于“美”的作用與研究較少[28]。

20 世紀(jì)之前，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)正處于啟蒙期，此間多是圍繞網(wǎng)頁相關(guān)的基礎(chǔ)運(yùn)行與美化進(jìn)行研究，數(shù)據(jù)可視化中設(shè)計(jì)美學(xué)系統(tǒng)研究相對(duì)較少。如John Boyle 等[29]于1993 年對(duì)數(shù)據(jù)可視化的數(shù)據(jù)庫問題和用戶界面交互和演示進(jìn)行研究；Schenkma 等[30]對(duì)網(wǎng)頁的美學(xué)偏好進(jìn)行研究并提出4 個(gè)關(guān)于網(wǎng)頁審美的維度即插圖、文本，概述和結(jié)構(gòu)，梳理出網(wǎng)頁對(duì)用戶的吸引力與功用性中所包含的不同要素。

20 世紀(jì)之后，數(shù)據(jù)可視化的美學(xué)研究轉(zhuǎn)為對(duì)可視化全流程中綜合因素的分析。如Robert Kosara[28]提出信息美學(xué)與環(huán)境可視化密切相關(guān)；Tateosian 等[31]提出提高可視化的藝術(shù)價(jià)值會(huì)產(chǎn)生更有效的視覺分析；Sara Diamond[32]從數(shù)據(jù)可視化多元美學(xué)視角出發(fā)，提出一個(gè)成功的可視化能跨越多個(gè)邊界并為同一數(shù)據(jù)集提供不同的視角，她圍繞數(shù)據(jù)可視化中的多元美學(xué)就“可用性與美感”“沉浸美學(xué)”“基于美學(xué)的數(shù)據(jù)可視化附加值”等方面進(jìn)行了綜合性提問；Moere等[33]提出數(shù)據(jù)獲取過程中數(shù)據(jù)環(huán)境的可視化美學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)用戶獲取數(shù)據(jù)的效用影響同等重要；Kostelnick等[34]提出當(dāng)代數(shù)據(jù)可視化可通過顏色、新穎性和多模態(tài)特征等方面的設(shè)置使用戶產(chǎn)生與已有體驗(yàn)類似的情感訴求，值得注意的是，在傳統(tǒng)的研究中設(shè)計(jì)美學(xué)通常關(guān)注激發(fā)用戶的正面情緒，而Kostelnick 提出悲情訴求也是當(dāng)代數(shù)據(jù)可視化不可或缺的一部分。

數(shù)據(jù)可視化中美學(xué)需求的進(jìn)步表明了新技術(shù)背景下用戶對(duì)數(shù)據(jù)獲取便利性、精準(zhǔn)性和數(shù)據(jù)獲取過程中的體驗(yàn)性等方面的意識(shí)覺醒，其中用戶需求與認(rèn)知又會(huì)受大的時(shí)代技術(shù)背景的限制。在需求驅(qū)動(dòng)與技術(shù)約束相互作用中，設(shè)計(jì)美學(xué)在數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域中發(fā)揮的作用除了幫助用戶更快速、清晰、有效地識(shí)別與獲取數(shù)據(jù)外，對(duì)改善用戶的獲取感受與保持識(shí)記等方面同樣發(fā)揮了重要的作用。

2.4 數(shù)據(jù)可視化中設(shè)計(jì)美學(xué)要素

數(shù)據(jù)可視化中的設(shè)計(jì)美學(xué)要素與用戶的審美體驗(yàn)息息相關(guān)，審美體驗(yàn)又受主客觀因素共同制約[35]。根據(jù)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的梳理，數(shù)據(jù)可視化中的美學(xué)要素可從主、客觀層面歸納為四個(gè)方面，主觀上包括用戶個(gè)人與審美過程兩個(gè)方面，客觀上包括數(shù)據(jù)特征與交互過程兩方面，本文按照主、客觀順序分別進(jìn)行說明，并將數(shù)據(jù)可視化中的美學(xué)要素進(jìn)行整理，見圖5。

圖5 基于數(shù)據(jù)特征的可視化美學(xué)要素Fig.5 Visual aesthetic elements based on data characteristics

1）從用戶個(gè)人角度出發(fā)，可細(xì)分為性別、設(shè)計(jì)才智、個(gè)性等方面。在性別上，Eckerman 與Harrison等[36]提出美學(xué)刺激會(huì)因性別不同導(dǎo)致一定的判斷差異，與女性更喜歡曲線柔和系的顏色和造型相比，男性更傾向于選擇色彩相對(duì)鮮艷的直線型造型，此外在復(fù)雜程度上男性通常不容易受到圖片復(fù)雜度的影響，而女性則表現(xiàn)在信息圖的選擇上傾向于選擇顏色豐富但較為簡單的圖片；Seifert 等[37]在研究中提出“設(shè)計(jì)才智”一詞，他認(rèn)為用戶的設(shè)計(jì)才智會(huì)影響他們做出不同的評(píng)價(jià)結(jié)果，具有高設(shè)計(jì)才智的消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的感覺鏈接方面的能力與速度相對(duì)更快更強(qiáng)；Annemarie Quispel 等基于信息設(shè)計(jì)者角度提出清晰度和美學(xué)是決定可視化吸引力水平的主要影響因素，其中清晰度是最為重要的。

2）從審美過程出發(fā)，可分為審美反應(yīng)、審美體驗(yàn)與認(rèn)知偏好等方面。Hekkert 提出人們對(duì)于審美需求源自“進(jìn)化美學(xué)”，即人類在進(jìn)化的過程中由于使用產(chǎn)品時(shí)自然產(chǎn)生需求升級(jí)而導(dǎo)致審美需求不斷變化，包括人們所有感官得到滿足度與人們賦予產(chǎn)品的意義，以及引發(fā)的情感體驗(yàn)源于進(jìn)化美學(xué)引起的感官適應(yīng)等；李東進(jìn)[38]等提出審美體驗(yàn)的情感反應(yīng)過程中，反應(yīng)時(shí)間、處理流暢度、愉悅喚起、認(rèn)知負(fù)荷四個(gè)方面會(huì)影響用戶審美體驗(yàn)；胡佳寶等[39]提出個(gè)體差異是大眾與個(gè)人審美品位比例發(fā)生改變的重要來源，其中個(gè)體差異包括專業(yè)性、文化背景、先前經(jīng)驗(yàn)、年齡等因素，這與Vittotio Gallese 于2009 年提出的美感體驗(yàn)不僅源于對(duì)藝術(shù)作品的純粹視覺感知，還受情感共振與歷史文化影響的觀點(diǎn)相似。

3）從數(shù)據(jù)特征出發(fā)，可分別從數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)集相關(guān)的特征進(jìn)行分析。Bertin[40]從圖形符號(hào)學(xué)的角度將影響視覺熟悉感的組織層次分為平面、大小、紋理、顏色、方向、形狀等要素；Wilkinson 等[41]基于圖形語法提出美學(xué)屬性五個(gè)方面即形式、表面、運(yùn)動(dòng)、聲音、文字，并對(duì)其進(jìn)行細(xì)化；Kong 等[42]提出數(shù)據(jù)集包含8 種美學(xué)因素，分別是平衡、顏色和諧型、趣味、景深、光照、主體、顏色豐富性；曾瓊等[43]提出數(shù)據(jù)可視化中的色彩設(shè)計(jì)能讓用戶高效地理解數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、探索任務(wù)，其色相、色彩傾向、明度、飽和度等，顏色偏好又會(huì)由于文化、生命周期和其他人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征而變化，多明格斯魯埃等[44]提出在數(shù)據(jù)可視化美學(xué)建模中包括點(diǎn)線面肌理、版式編輯與界面分割、動(dòng)態(tài)與靜態(tài)比例、明暗等基本要素。

4）從交互過程出發(fā)，包括交互環(huán)境與模式、交互媒介、交互次序等方面。在交互模式上，Langner等[45]于2018 年提出可視化交互媒介與交互環(huán)境互相影響，隨后其團(tuán)隊(duì)在2021 年提出“Marvis”概念框架，即通過移動(dòng)設(shè)備和頭戴式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備（AR）可在顯示器周圍顯示額外的2D 和3D 信息并進(jìn)行視覺數(shù)據(jù)分析，從而實(shí)現(xiàn)有限屏幕空間的擴(kuò)展[46]；在交互媒介即數(shù)據(jù)可視化的物質(zhì)載體上，目前主要呈現(xiàn)出智能化、輕薄化、符號(hào)化、多設(shè)備交互的趨勢，在美學(xué)要素上大體可歸納為功能、材料、形式等方面；Kim 等[11]提出交互次序?qū)?shù)據(jù)可視化美學(xué)感受會(huì)產(chǎn)生一定的影響，他提出不論時(shí)間跨度的長短，如果個(gè)體的先前經(jīng)驗(yàn)不同，序列依賴效應(yīng)會(huì)影響當(dāng)下的審美活動(dòng)并導(dǎo)致不同程度的個(gè)體差異。

3 數(shù)據(jù)可視化中設(shè)計(jì)美學(xué)要素應(yīng)用原則與評(píng)價(jià)方法

3.1 基于數(shù)據(jù)可視化的美學(xué)應(yīng)用原則

2000 年之前，相關(guān)研究者多是將藝術(shù)學(xué)領(lǐng)域中的美學(xué)法則直接應(yīng)用于基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)可視化表現(xiàn)中。藝術(shù)學(xué)領(lǐng)域下的美學(xué)原則最早可追溯到1892 年Boselie等[47]首次提出的多樣性統(tǒng)一原則。隨后在美術(shù)與藝術(shù)設(shè)計(jì)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域使用較多的便是形式美法則。此外還有部分學(xué)者從心理學(xué)角度對(duì)美學(xué)相關(guān)的法則與應(yīng)用原則展開了研究，如Hekkert[48]于2006 年從進(jìn)化心理學(xué)的角度出發(fā)，提出設(shè)計(jì)中審美愉悅的四個(gè)原則，即最大效果的最小手段原則、統(tǒng)一的多樣性原則、最先進(jìn)的但可接受原則和最佳匹配原則。

隨著技術(shù)的完善，設(shè)計(jì)美學(xué)在數(shù)據(jù)可視化中的作用與應(yīng)用原則方面的研究逐漸出現(xiàn)在研究者視野中。2014 年劉智慧等[49]基于數(shù)據(jù)的5V 特征（Volume、Variety、Velocity、Value、Veracity）提出在數(shù)據(jù)可視化中應(yīng)注意信息分級(jí)原則，設(shè)計(jì)師在面向可視化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意其顯示中的版式圖形設(shè)計(jì)、色彩搭配、插圖運(yùn)用等方面，強(qiáng)調(diào)作品功能性的基礎(chǔ)上應(yīng)該良好平衡其藝術(shù)性，從而防止數(shù)據(jù)過載、防止思維過度發(fā)散等技術(shù)要點(diǎn)；Quispel 等[50]基于設(shè)計(jì)師視角對(duì)可視化美學(xué)進(jìn)行研究，提出數(shù)據(jù)來源的可靠性與通用性會(huì)影響到可視化的效果，因此，在進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循數(shù)據(jù)可靠性與通用性原則；田雷等基于大數(shù)據(jù)背景之下結(jié)合形式美法則，選取可視化中形狀與色彩2 個(gè)因素對(duì)形式美法則的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行研究，探討了美學(xué)在信息圖設(shè)計(jì)中的重要性；陳偉峰提出在信息傳達(dá)過程中的良好展示與數(shù)據(jù)傳達(dá)的準(zhǔn)確性是可視化設(shè)計(jì)中的首要任務(wù)，為了保證數(shù)據(jù)交互中操作的直觀性、易理解性和易記憶性，他將可視化的美學(xué)法則提煉為聚焦、平衡、簡單等三個(gè)方面；于靜等[51]指出可視化視覺編碼所依賴的最基本視覺心理是格式塔法則。

由此可見，早期可視化美學(xué)應(yīng)用原則上主要有六個(gè)方面，分別是：形式美法則；多樣統(tǒng)一性原則；最大效果的最小手段原則；統(tǒng)一的多樣性原則；最先進(jìn)的但可接受原則；最佳匹配原則。隨著對(duì)數(shù)據(jù)特征的深入研究，部分學(xué)者提出基于數(shù)據(jù)特征的可視化美學(xué)原則四個(gè)方面，分別是：表達(dá)性和有效性原則；可靠性與穩(wěn)定性原則；信息分級(jí)原則；格式塔原則。

3.2 傳統(tǒng)美學(xué)與數(shù)據(jù)可視化中設(shè)計(jì)美學(xué)評(píng)價(jià)異同

我國傳統(tǒng)美學(xué)評(píng)價(jià)可追溯到新石器時(shí)期和先秦時(shí)期的美學(xué)思想，新石器的出現(xiàn)標(biāo)志著人們對(duì)美的意識(shí)的形成，但并未形成相應(yīng)的美學(xué)評(píng)價(jià)體系，到了先秦時(shí)期則出現(xiàn)了有關(guān)美的評(píng)價(jià)，如孔子的“中和之美”、老子的“美言可以市尊”、荀子的“萬物之美可以養(yǎng)樂”，但這些都是從日常言行上對(duì)美展開討論。到了戰(zhàn)國時(shí)期，《考工記》從工藝角度提出“材有美”、繼而到魏晉南北朝時(shí)期，書法美術(shù)作品的盛行催生了“傳神寫照”“氣韻生動(dòng)”“得意忘象”等美學(xué)觀點(diǎn)；明清時(shí)期則出現(xiàn)了諸多關(guān)于工藝設(shè)計(jì)的美學(xué)討論，如丁佩提出的“能、巧、妙、神”美學(xué)原則等。

國外的審美評(píng)價(jià)可追溯到石器與巖畫的出現(xiàn)時(shí)期。西方主要是以哲學(xué)研究為代表的審美體系形成，如亞里士多德提出“美的主要形式是秩序、均勻和確定性”，隨著文明的覺醒與藝術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了專業(yè)的藝術(shù)史家，如西塞羅提出“適宜”的美學(xué)概念，到了中世紀(jì)，由于宗教的影響哥特式風(fēng)格崛起，再到工業(yè)革命時(shí)期水晶宮博覽會(huì)引發(fā)的功能與形式的長期討論。由此可見，傳統(tǒng)美學(xué)研究的對(duì)象通常指工藝美術(shù)作品相關(guān)范疇，審美評(píng)價(jià)的主觀性較高，在發(fā)展中又根據(jù)不同國家的文化與發(fā)展歷史不同，呈現(xiàn)出了不同的特點(diǎn)[52]。

與傳統(tǒng)美學(xué)評(píng)價(jià)相比，數(shù)據(jù)可視化中的設(shè)計(jì)美學(xué)評(píng)價(jià)多是依托大數(shù)據(jù)與人機(jī)智能協(xié)同評(píng)價(jià)的結(jié)果，呈現(xiàn)出更加智能高效與客觀精準(zhǔn)等特點(diǎn)。隨著數(shù)據(jù)可視化審美對(duì)象范疇的擴(kuò)展，其審美評(píng)價(jià)對(duì)象除了數(shù)據(jù)可視化的視覺審美以外，還包含了用戶獲取數(shù)據(jù)的整個(gè)范疇，如數(shù)據(jù)加工流程中所涉及的環(huán)境美學(xué)、交互美學(xué)和可視化形式背后體現(xiàn)的文化品位、藝術(shù)形式及風(fēng)格等精神美學(xué)方面的研究[53]。由此可見，傳統(tǒng)美學(xué)與數(shù)據(jù)可視化中的審美評(píng)價(jià)在以人為中心的審美感受層次與情感體驗(yàn)上又呈現(xiàn)出趨同性，在對(duì)象、方式、過程等方面又各不相同，見表3。

表3 傳統(tǒng)審美評(píng)價(jià)與數(shù)據(jù)可視化審美評(píng)價(jià)異同Tab.3 Differences evaluation between traditional aesthetic and data visual aesthetic

3.3 評(píng)價(jià)方法

數(shù)據(jù)可視化中的美學(xué)評(píng)價(jià)方法根據(jù)其應(yīng)用領(lǐng)域、信息密度與時(shí)空維度不同，其評(píng)價(jià)方法會(huì)隨研究對(duì)象中的關(guān)鍵指標(biāo)因子與指標(biāo)權(quán)重而發(fā)生一定變化。整體來看，數(shù)據(jù)可視化美學(xué)評(píng)價(jià)方法多是采用心理學(xué)與感性工學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究方法，借助生電類監(jiān)測設(shè)備、人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)與統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)方法，對(duì)用戶在數(shù)據(jù)可視化過程中諸如視覺吸引力、美感體驗(yàn)、任務(wù)完成與延遲率、精準(zhǔn)性等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，進(jìn)而進(jìn)行對(duì)比分析與評(píng)價(jià)[54]。

在視覺美學(xué)評(píng)價(jià)方面，基于視覺通道的數(shù)據(jù)可視化美學(xué)評(píng)價(jià)方法，主要是圍繞圖形學(xué)相關(guān)要素對(duì)用戶獲取數(shù)據(jù)過程中視覺美感與情感體驗(yàn)等方面進(jìn)行綜合評(píng)估。Nguyen 等[55]提出圖形可視化中包括三個(gè)方面忠實(shí)性指標(biāo)：信息表現(xiàn)的忠實(shí)性、任務(wù)的支持度和數(shù)據(jù)微變化的敏感度；阮杰等[56]發(fā)明公開了一種基于跨模態(tài)協(xié)同推理的圖像美學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法；郭斌等[57]提出現(xiàn)階段視覺美學(xué)度量工作主要集中在數(shù)字圖像作品美感度量、情感度量，以及基于信息論的美學(xué)評(píng)價(jià)，主要包括視覺美學(xué)美感與情感的評(píng)價(jià)、基于信息論的美學(xué)評(píng)價(jià)即結(jié)合信息論挖掘分析美學(xué)規(guī)律；姜家俊通過分階段多任務(wù)訓(xùn)練方式提出基于多任務(wù)的個(gè)性化美學(xué)評(píng)分系統(tǒng)MTPAA。

在美感體驗(yàn)中，Lau 等[44]提出信息美學(xué)主要由數(shù)據(jù)、交互和美學(xué)三個(gè)方面構(gòu)成，并根據(jù)這三點(diǎn)提出了信息美學(xué)模型，見圖6。Andrea Lau 提出該模型可以被來自不同領(lǐng)域的可視化設(shè)計(jì)者使用，信息可視化相關(guān)美學(xué)效果評(píng)估應(yīng)綜合考慮這三個(gè)方面因素。但隨著交互技術(shù)的進(jìn)步，用戶多重感官的參與度不斷提高，數(shù)據(jù)可視化的評(píng)價(jià)方法不僅局限于視覺吸引，如可視化美學(xué)中聽覺方面的研究多是在視覺評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，利用已有的量化工具分析不同環(huán)境下聲音的類別、聲量大小和形式對(duì)用戶情感喚醒、判斷與決策等方面的影響。如針對(duì)情緒效價(jià)、情緒喚醒度開發(fā)、測量體驗(yàn)情感方面的“日內(nèi)瓦情感輪”。

圖6 信息美學(xué)模型Fig.6 Model of Information Aesthetics

在任務(wù)完成效率方面，可從任務(wù)完成時(shí)間、放棄和延遲指標(biāo)、精準(zhǔn)性等方面進(jìn)行展開。如Tractinsky等[58]通過隱式反應(yīng)延遲測量，驗(yàn)證了網(wǎng)頁界面的審美感知研究的結(jié)果；Cawthon 等[59]選取了11 種數(shù)據(jù)可視化圖形并將元素拆分后通過對(duì)285 名參與者的主觀輸入，建立了數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的定量排序，通過迫使受測者使用這些數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)可視化中美學(xué)和可用性的影響進(jìn)行分析，驗(yàn)證了美學(xué)和有效性的客觀指標(biāo)，以及錯(cuò)誤反應(yīng)中任務(wù)放棄和延遲的指標(biāo)；Andrew Vande Moere[60]提到衡量信息可視化的“成功”通常是主觀和高度復(fù)雜的，評(píng)價(jià)信息可視化的“成功”的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該在效用、可靠性和吸引力等方面之間達(dá)成一個(gè)平衡，其中吸引力并不局限于視覺形式，它還包括原創(chuàng)性、創(chuàng)新性、新穎性等模糊方面，以及構(gòu)成用戶體驗(yàn)的其他主觀因素。

雖然眾多學(xué)者基于不同的視角對(duì)數(shù)據(jù)可視化中的美學(xué)評(píng)價(jià)進(jìn)行了探索與驗(yàn)證，但美學(xué)和藝術(shù)相關(guān)原則總是會(huì)隨著時(shí)間推移和社會(huì)背景的不同發(fā)生根本性變化，大眾審美會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展與體驗(yàn)維度的擴(kuò)展而發(fā)生系列變化[61]，在某個(gè)時(shí)刻被認(rèn)為是美麗的，在另一個(gè)時(shí)刻可能很快被認(rèn)為是丑陋的，正如葉朗[62]在《美學(xué)原理》中提到“美是歷史的范疇，沒有永恒的美”，人們很難就一套普遍的美學(xué)維度達(dá)成一致[63]。

4 數(shù)據(jù)可視化中設(shè)計(jì)美學(xué)研究展望

4.1 基于多感官交互的敘事型數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)

技術(shù)的進(jìn)步使人們能夠利用多種媒介超越物理時(shí)空的局限，為用戶創(chuàng)造更多的數(shù)據(jù)可視化體驗(yàn)，并增強(qiáng)用戶對(duì)數(shù)據(jù)獲取場景的記憶，增強(qiáng)情景記憶中事實(shí)與情感的鏈接力，延長用戶在面向復(fù)雜數(shù)據(jù)時(shí)的注意時(shí)長，降低認(rèn)知負(fù)荷與記憶負(fù)荷。良好的數(shù)據(jù)可視化除了體現(xiàn)在對(duì)數(shù)據(jù)的快速讀取與識(shí)別之外，還包括對(duì)數(shù)據(jù)的回憶與識(shí)記，為了使數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為知識(shí)，便于識(shí)記并喚醒用戶相應(yīng)的情感，2010 年Segel 和Heer 提出將信息可視化與講故事機(jī)制相結(jié)合，用講故事的方式幫助用戶在所表示的復(fù)雜數(shù)據(jù)之間建立聯(lián)系以幫助用戶識(shí)記與回憶，即“敘事可視化”[64]。

在數(shù)據(jù)敘事可視化中主要包括探索數(shù)據(jù)、制造故事和敘述故事這3 個(gè)階段[65]。然而目前數(shù)據(jù)敘事可視化的研究多是與視覺通道相關(guān)，基于多感官交互的敘事型數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)研究報(bào)道較少。多感官交互下的敘事型數(shù)據(jù)可視化是通過調(diào)動(dòng)用戶多重感官通道，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為視覺共享的線性或者非線性敘事故事的形式，以增強(qiáng)用戶的情感體驗(yàn)與黏度[64]，是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上將視覺傳輸轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)體驗(yàn)，目標(biāo)在于為用戶創(chuàng)造更好的可視化感受[66]。2020 年初韓國MBC 電視臺(tái)播出的節(jié)目《遇見你》，為了幫助一位失去自己女兒的母親實(shí)現(xiàn)與女兒好好告別的愿望，節(jié)目組利用當(dāng)事人提供的照片結(jié)合智能計(jì)算對(duì)其女兒的身高、年齡、面部特征等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出其女兒現(xiàn)階段可能存在的形象后，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)相關(guān)場景讓當(dāng)事人母親與過世的女兒進(jìn)行互動(dòng)，在彌補(bǔ)了這位母親遺憾的同時(shí)，引爆了無數(shù)人的淚點(diǎn)，見圖7。

圖7 《遇見你》母女重見場景Fig.7 "Meet You": the mother met her daughter again

4.2 基于自然數(shù)據(jù)的可視化美學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制研究

腦機(jī)接口、移動(dòng)計(jì)算、可穿戴計(jì)算、通信技術(shù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展為數(shù)據(jù)可視化交互方式升級(jí)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，與問卷法、訪談法等傳統(tǒng)方法所得到的數(shù)據(jù)相比，模擬場景下用戶無意識(shí)的表情、情緒、姿態(tài)、生理信號(hào)等自然數(shù)據(jù)最能表示用戶的真實(shí)狀態(tài)，目前基于自然數(shù)據(jù)的收集與分析技術(shù)相對(duì)豐富，但在數(shù)據(jù)可視化美學(xué)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用相對(duì)較少。

數(shù)據(jù)可視化美學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制建設(shè)過程中需融合不同學(xué)者基于多種感官的美學(xué)評(píng)價(jià)方法，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景從主客觀與人機(jī)融合角度，搭建相對(duì)完整的數(shù)據(jù)可視化美學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制架構(gòu)與體系；構(gòu)建合理的自然數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)并探索更高的數(shù)據(jù)融合方式，關(guān)注不同數(shù)據(jù)類別的時(shí)間順序特點(diǎn)與周圍環(huán)境之間的關(guān)系，對(duì)自然數(shù)據(jù)間的語義相關(guān)性的挖掘與獲取進(jìn)行深入研究，建立不同數(shù)據(jù)之間的映射關(guān)系，提高自然數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率；深入洞察用戶在數(shù)據(jù)可視化美學(xué)需求背后的數(shù)據(jù)認(rèn)知習(xí)慣與情感訴求，關(guān)注用戶外顯行為背后內(nèi)隱數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)出的規(guī)律特征；提升多維度大規(guī)模數(shù)據(jù)的有效降維率，分析不同的數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用領(lǐng)域并進(jìn)行歸類，在合并同類或相似領(lǐng)域的同時(shí)，拉開不同類型領(lǐng)域的差異化與層次。

4.3 多維空間中數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)協(xié)同下美學(xué)形式一致性研究

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的普及，使大量的數(shù)據(jù)符號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓪?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交互的虛擬場景與可視化模型，用戶在獲取信息的過程中可以利用各種虛擬輔助設(shè)備從不同角度查看這些“可見的”數(shù)據(jù)并與之進(jìn)行互動(dòng)。在交互過程上中，其關(guān)鍵要素、感官刺激源與交互關(guān)系都會(huì)隨之變化，相比物理空間中依托紙媒和數(shù)屏以視覺刺激中的色、形、比例等為主的數(shù)據(jù)可視化形式，虛擬空間多強(qiáng)調(diào)空間、方向與平衡等要素。此外，用戶在使用過程中，在感官交互層面會(huì)由物理空間中基于視覺識(shí)別次序型互動(dòng)關(guān)系，轉(zhuǎn)向數(shù)字虛擬空間中基于重力感應(yīng)與體感檢測的觸摸、語音、用戶位移等自然語言的動(dòng)態(tài)協(xié)同。

隨著用戶自身對(duì)可視化形式的參與度與控制度的提高，數(shù)據(jù)間的聯(lián)系與差別會(huì)隨著用戶向虛擬多維空間轉(zhuǎn)換而放大，用戶的感受力與接受力也會(huì)變得更敏感直接。因此，海量數(shù)據(jù)中多維空間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，對(duì)用戶適應(yīng)力與反應(yīng)敏感度等方面均提出了更高的要求，如何根據(jù)數(shù)據(jù)與其應(yīng)用領(lǐng)域特征、目標(biāo)用戶的認(rèn)知模式為之設(shè)計(jì)相匹配的場景與互動(dòng)方式，從而保持?jǐn)?shù)據(jù)可視化形式美學(xué)上的一致性，對(duì)降低用戶在數(shù)據(jù)獲取過程中空間轉(zhuǎn)換所造成的感知覺不適性、提高可視化交互的流暢性與數(shù)據(jù)獲取有效率、良好的體驗(yàn)感受等方面至關(guān)重要。

4.4 基于計(jì)算概念譜系的數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)美學(xué)研究

數(shù)據(jù)可視化中的設(shè)計(jì)美學(xué)主要是計(jì)算機(jī)學(xué)科背景下以用戶為中心，以數(shù)據(jù)識(shí)記為目的，借助人工智能技術(shù)與設(shè)計(jì)等手段，對(duì)能被用戶感知的數(shù)據(jù)可視化形式進(jìn)行表現(xiàn)與迭代。其中，計(jì)算機(jī)概念譜系可細(xì)分為算勢、算力、算術(shù)、算法、算禮等內(nèi)容，移動(dòng)設(shè)備與數(shù)字技術(shù)的普及，越來越多的數(shù)據(jù)場景對(duì)人機(jī)交互中設(shè)備的延遲速度提出了更高要求。其中算力作為人工智能發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)支撐，其服務(wù)效果決定了數(shù)據(jù)傳輸與用戶識(shí)別的精準(zhǔn)性與高效性、可視化美學(xué)形式轉(zhuǎn)換的流暢性、用戶的體驗(yàn)感等方面，足夠的算勢是數(shù)據(jù)可視化相關(guān)程序或計(jì)算任務(wù)能夠運(yùn)行的基礎(chǔ)，算法通常用來解決常規(guī)性可視化運(yùn)算問題，算禮是關(guān)于計(jì)算如何在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行的制度規(guī)范，更關(guān)注計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整體。

目前，數(shù)據(jù)可視化形式的研究多集中在視覺圖形界面的表現(xiàn)與交互方面，對(duì)于計(jì)算機(jī)譜系與可視化形式間的關(guān)系與相互作用并未進(jìn)行過多闡釋[67]，而計(jì)算機(jī)譜系中不同的部分對(duì)數(shù)據(jù)可視化美學(xué)研究影響又各不相同。因此，厘清計(jì)算機(jī)概念譜系與數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)美學(xué)研究間的關(guān)系，找到其對(duì)應(yīng)關(guān)系并進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)數(shù)據(jù)可視化美學(xué)形式與數(shù)據(jù)獲取有效性等方面的提升意義重大[68]。

5 結(jié)語

數(shù)據(jù)可視化中設(shè)計(jì)美學(xué)研究的發(fā)展，是可視化技術(shù)不斷完善與全民審美水平日漸提高的背景下，用戶需求不斷深化與豐富的表現(xiàn)，其目的仍是提升用戶在數(shù)據(jù)獲取與識(shí)記過程中的高效性與體驗(yàn)性。作為計(jì)算機(jī)學(xué)科中的數(shù)據(jù)可視化與藝術(shù)學(xué)科下的設(shè)計(jì)美學(xué)研究，更應(yīng)該以數(shù)據(jù)的高效獲取為目標(biāo)、以數(shù)字化技術(shù)與美學(xué)設(shè)計(jì)為手段、以體驗(yàn)升級(jí)為重點(diǎn)，利用人工智能相關(guān)技術(shù)將客觀數(shù)據(jù)與用戶主觀判斷有機(jī)融合，不斷深化數(shù)據(jù)可視化中設(shè)計(jì)美學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究，為用戶創(chuàng)造更好、更高效的數(shù)據(jù)獲取體驗(yàn)。未來隨著元宇宙與虛擬現(xiàn)實(shí)混合技術(shù)的發(fā)展，多維空間中數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)協(xié)同下美學(xué)形式一致性研究、基于用戶偏好的敘事型交互場景搭建、多感官交互下交互模式創(chuàng)新，以及與之配套的評(píng)價(jià)機(jī)制等方面的研究，將逐漸成為數(shù)據(jù)可視化美學(xué)研究中的熱點(diǎn)問題。