1、第二章視覺感知與認(rèn)知第 2 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息目 錄CONTENT1視覺感知和認(rèn)知顏色視覺編碼原則23第 3 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息在可視化與可視化分析過程中，用戶是所有行為的主體：通過視覺感知（visual perception）器官獲取可視信息、編碼并形成認(rèn)知（cognition），在交互過程中獲取解決問題的方法。在這個過程中，感知和認(rèn)知能力直接影響著信息的獲取和處理過程，進(jìn)而影響對外在世界環(huán)境所做出的反應(yīng)。第一部分視覺感知與認(rèn)知“”第 4 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息圖中呈現(xiàn)了一個簡化的、用戶在客觀世界中進(jìn)行可視分析和事件處理的過程:數(shù)據(jù)經(jīng)過自動或手工的分析方法（如機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計分析等） 進(jìn)行處

2、理并可視化后，被用戶所理解，餅狀范囤表示了由用戶、數(shù)據(jù)處理和可視化三者組成的一個直接交互的過程；當(dāng)有多個用戶參與這個過程時，相互之間就產(chǎn)生了群組協(xié)作的效果。然而人的作用遠(yuǎn)不止于此，可視化的數(shù)據(jù)來自于現(xiàn)實世界（或模擬仿真)，人們利用這些數(shù)據(jù)做出一些決定，從而影響了他們在世界中的行為，最終對現(xiàn)實世界產(chǎn)生影響第 5 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息客觀世界和虛擬社會存在并源源不斷地產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而人類處理數(shù)據(jù)的能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于獲取數(shù)據(jù)的能力。人類視覺具有迄今為止最高的帶寬，人工智能的發(fā)展使得計算機(jī)能夠部分模仿低階視覺，然而在高階視覺方面力不從心。另一方面，人類視覺對于以數(shù)字、文本等形式存在的非形象化信息的直

3、接感知能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于對于形象化視覺符號的理解。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)正是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易為用戶感知和認(rèn)知的可視化視圖的重要手段，這個過程涉及數(shù)據(jù)處理、可視化編碼、可視化呈現(xiàn)和視圖交互等流程，每一個步驟的設(shè)計都需要根據(jù)人類感知和認(rèn)知的基本原理進(jìn)行優(yōu)化。第 6 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息1.視覺感知和認(rèn)知的定義視覺感知感知：客觀事物通過感覺器官在人腦中的直接反映。感覺器官：眼、鼻、耳，以及遍布身體各處的神經(jīng)末梢等。視覺感知：就是客觀事物通過人的視覺在人腦中形成的直接反映。認(rèn)知認(rèn)知：指在認(rèn)知活動的過程中，個體對感覺信號接收、檢測、轉(zhuǎn)換、簡約、合成、編碼、儲存、提取、重建、概念形成、判斷和問題解決的信息加工處理過程。

4、認(rèn)知心理學(xué)上將認(rèn)知過程看成由信息的獲取、編碼、儲存、提取和使用等一系列認(rèn)知階段組成的按一定程序進(jìn)行信息加工的系統(tǒng)第 7 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息2.視覺感知處理過程心理學(xué)上的雙重編碼理論認(rèn)為，人類的感知系統(tǒng)由分別負(fù)責(zé)語言方面和其他非語言事務(wù)（特別是視覺信息方面）的兩個子系統(tǒng)組成。它強(qiáng)調(diào)語言與非語言的信息加工過程對于人類認(rèn)知具有同等的重要性。此外，存在兩種不同的表征單元：適用于心理映像的“圖像單元”和適用于語言實體的“語言單元”。例如，一個人可以通過詞語“汽車”想象汽車，也可以通過汽車的心理映像想象汽車；在相互關(guān)系上，一個人可以想象出一輛汽車，然后用語言描述，也可以讀或聽關(guān)于汽車的描述后，構(gòu)造出汽車

5、的心理映像。非語言信息的加工具有一定的優(yōu)勢，大腦對于視覺信息的記憶效果和記憶速度要好于語言。感知心理學(xué)家通常將視覺分為低階視覺和高階視覺低階視覺：與物體的物理性質(zhì)相關(guān)，包括深度、形狀、邊界、表面材質(zhì)在信息可視化和可視分析中廣泛驗證高階視覺：對物體的識別和分類，屬于人類認(rèn)知能力的重要組成部分。第 8 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息前注意視覺理論是解釋視覺突出現(xiàn)象的理論。第 9 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息格式塔（Grestalt）心理學(xué)誕生于1912年，是心理學(xué)中為數(shù)不多的理性主義理論之一。強(qiáng)調(diào)經(jīng)驗和行為的整體性，認(rèn)為整體不等于部分之和，意識不等于感覺元素的集合，行為不等于反射弧的循環(huán)。格式塔法則又稱為完圖法則，

6、主要包括：3. 格式塔理論（1）貼近原則（5）共勢原則（7）對稱性原則（4）閉合原則（2）相似原則（3）連續(xù)原則（8）經(jīng)驗原則（6）好圖原則第 10 頁（1） 貼近原則（proximity）圖2.1 貼近原則舉例當(dāng)視覺元素（即一些被認(rèn)識別的視覺感知對象）在空間距離上相距較近時，人們通常傾向于把他們歸為一組。在圖2.1中，左圖的10個方形沒有相互接近，因此人們無法把它們歸為一組；而右圖的聯(lián)合利華公司圖標(biāo)中，不同花紋顏色一致，由于空間距離貼近，因此被識別為組成一個大寫的英文字母“U”，從而完成與公司名稱文本的分組。第 11 頁（2） 相似原則（similarity）圖2.2 相似原則舉例人們在觀察

7、事物的時候，會自然地根據(jù)事物的相似性進(jìn)行感知分組，通常依據(jù)對形狀、顏色、光照或其他性質(zhì)的感知決定分組。例如，在圖2.2中，散點圖（左）和統(tǒng)計圖（右）對不同個體著色，使可視化結(jié)果自然體現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)聚類。不同顏色分兩類相同顏色自動識別為同類貼近原則與相似原則的區(qū)別是采用空間距離或?qū)傩韵嗨菩詫?shù)據(jù)分組第 12 頁（3） 連續(xù)原則（continuity）圖2.3 連續(xù)原則舉例人們在觀察事物時會很自然地沿著物體的邊界，將不連續(xù)的物體視為連續(xù)的整體。例如，在圖2.3中，左圖中人們的視覺焦點會沿著散點分布成連續(xù)的曲線（如箭頭所示）。但是如果數(shù)據(jù)隔斷過大，人眼重建的視覺感知可能與實際數(shù)據(jù)不相符，如右圖所示。應(yīng)用

8、連續(xù)原則可能導(dǎo)致感知錯誤第 13 頁（4） 閉合原則（closure）圖2.4 閉合原則舉例在某些視覺映像中，其中的物體可能是不完整的或者不是閉合的，然而格式塔心理學(xué)認(rèn)為，只要物體的形狀足以表征物體本身，人們就會很容易地感知整個物體而忽視未閉合的特征。例如，在圖2.4中，人們可以很容易地從輪廓線中獲得關(guān)于“點集子類邊界”和“IBM”圖標(biāo)的視覺感知，而圖中未閉合的特征并不影響人們識別這兩種事物。封閉曲線分為三個區(qū)域，令用戶將三個點集子類自動識別為三類形狀字母閉合第 14 頁（5） 共勢原則（common fate）圖2.5 共勢原則舉例共勢原則指如果一組物體沿著相似的光滑路徑運動趨勢或具有相似的

9、排列模式，人眼會將它們識別為同一類物體。例如，圖2.5左圖顯示了一堆雜亂的字母，但人眼下意識地識別出具有相同布局的字母并自動識別語句；右圖展示了Hans Rosling的著名可視化工作“各國狀態(tài)趨勢圖”的一個實例，各個數(shù)據(jù)點代表一個國家在某個年份的數(shù)據(jù)，隨時間變化時，人眼自動將具有類似運動趨勢的點聚類。第 15 頁（6） 好圖原則（good figure）圖2.6 好圖原則舉例好圖原則指人眼通常會自動將一組物體按照簡單、規(guī)則、有序的元素排列方式識別。這就是說，個體識別世界的時候通常會消除復(fù)雜性和不熟悉性，并采納最簡化的形式。圖2.6展示了對五環(huán)形狀的兩種識別：奧運五環(huán)標(biāo)志和割裂的五個圓環(huán)。在描

10、述這種形狀時，人們傾向于將其描述成一系列圓環(huán)，而不是直接描述為一種特殊的形狀。第 16 頁（7） 對稱性原則（symmetry）圖2.7 對稱性原則舉例.按照男女將年齡分布數(shù)據(jù)對稱排列，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可讀性對稱性原則指人的意識傾向于將物體識別為沿某點或某軸對稱的形狀。圖2.7展示了某國男女人口隨年齡的分布情況。第 17 頁（8） 經(jīng)驗原則（past experience）圖2.8 經(jīng)驗原則舉例經(jīng)驗原則指在某些情形下視覺感知與過去的經(jīng)驗有關(guān)。如果兩個物體看上去距離相近，或者時間間隔小，那么它們通常被識別為同一類。圖2.8左右兩圖分別將同一個形狀放置在兩個字母和兩個數(shù)字之間，造成的識別結(jié)果分別是B和1

11、3。第 18 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息由上面的描述可以看出，格式塔的基本思想是：視覺形象首先是作為統(tǒng)一的整體被認(rèn)知的，而后才以部分的形式被認(rèn)知，也就是說，人們先“看見”一個構(gòu)圖的整體，然后才“看見”組成這一構(gòu)圖整體的各個部分。格式塔理論第 19 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息在信息可視化與視覺設(shè)計中，顏色是最重要的元素之一?？梢暬Y(jié)果的表達(dá)力與視覺美感依賴于設(shè)計者對于顏色的準(zhǔn)確使用。顏色感知的形成是一個復(fù)雜的物理和心理相互作用的過程。人類對顏色的感知也會受到周圍環(huán)境的影響第二部分顏色“”第 20 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息1. 顏色刺激理論可見光可見光指能被人眼捕獲并在人腦中形成顏色感知的電磁波，其在整個電磁波波

12、譜上只占很小的一部分。歷史上著名的太陽光色散實驗由英國科學(xué)家艾薩克牛頓爵士于1665年完成，使得人們第一次接觸到光的可定量的特征。通常人眼能夠感知的可見光波長為390-750nm（1）人眼與可見光第 21 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息人眼人眼是人類對于環(huán)境中大部分信息的獲取通道。人眼的光學(xué)系統(tǒng)類似于日常生活中的照相機(jī)系統(tǒng)。視網(wǎng)膜含有兩類感光細(xì)胞：視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞。視桿細(xì)胞對光高度敏感。因此我們在低度光照下也能看見東西?？墒?，它們不能辨別細(xì)節(jié)并且受光的飽和度支配。所以當(dāng)我們從暗室走到陽光下會短暫失明。每只眼睛大約有1億2千萬個視桿細(xì)胞，主要分布在視網(wǎng)膜的邊緣。因此，視桿細(xì)胞主導(dǎo)著外圍視野。視錐細(xì)胞對光

13、線不如視桿細(xì)胞敏感。視錐細(xì)胞能分辨顏色。每只眼睛大約有600萬個視錐細(xì)胞，主要集中在中央凹內(nèi)。視網(wǎng)膜上還有一個盲點。盲點上沒有視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞。但我們的視覺系統(tǒng)對此作了補(bǔ)償，正常情況下我們都不會有所覺察。視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的功能區(qū)別視桿細(xì)胞視錐細(xì)胞在低水平照明時（如夜間）起作用在高水平照明時（如白天）起作用區(qū)別黑白區(qū)別彩色對光譜中綠色部分最敏感，在遠(yuǎn)離視網(wǎng)膜中心處最多對光譜中黃色部分最敏感，在視網(wǎng)膜中部最多對極弱的刺激敏感主要在識別空間位置和要求敏銳地看物體時起作用第 23 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息1. 顏色刺激理論從物理學(xué)角度而言，光的實質(zhì)是一種電磁波，本身是不帶顏色的，所謂顏色只是人的視覺系

14、統(tǒng)對所接收到的光信號的一種主觀的視覺感知。物體所呈現(xiàn)的顏色由物體的材料屬性、光源中各種波長分布和人的心理認(rèn)知所決定，因此存在個體差異。顏色既是一種心理生理現(xiàn)象，也是一種心理物理現(xiàn)象。關(guān)于顏色視覺理論，主要存在兩個互補(bǔ)的理論：三色視覺理論與補(bǔ)色過程理論。（2）顏色與視覺24第 24 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息1. 顏色刺激理論顏色視覺障礙指在正常光照條件下，人眼無法辨認(rèn)不同的顏色或者對于顏色辨認(rèn)存在不同程度的障礙，分為非正常三色視覺（色弱）、二色視覺（色盲）、單色視覺（非常少見）。顏色視覺障礙人數(shù)約占世界人口的8%，其中色盲人數(shù)超過2%，男性比女性顯著要高。設(shè)計可視化顏色方案時，需要充分考慮可視化結(jié)果

15、的用戶群體特征，盡可能使用有效的顏色配置方案，使得可視化結(jié)果對于所有用戶都能呈現(xiàn)所包含的信息。（3）顏色視覺障礙第 25 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息色彩空間（也稱色彩模型或色彩系統(tǒng)）是描述使用一組值（通常使用3個或4個值）表示顏色的方法的抽象數(shù)學(xué)模型。目前，常用的色彩空間主要包括CIEXYZ色彩空間、CIEL*a*b色彩空間、RGB色彩空間、GMYK色彩空間和HSVHSL色彩空間等多種。2. 色彩空間第 26 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息（1） CIEXYZ CIEL*a*b2. 色彩空間CIE1931XYZ色彩空間是采用抽象數(shù)學(xué)模型定義的通過實驗獲得的色彩空間。實驗使用2度視角的圓形屏幕，屏幕的一辦投影上

16、測試顏色，另一半投影上觀察者可調(diào)整顏色?？烧{(diào)整顏色是三種原色的混合，它們每個都有固定的色度，但有可調(diào)整的明度。圖2.9 CIE色彩空間第 27 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息（2） RGB CMYK2. 色彩空間RGB色彩模型采用笛卡爾坐標(biāo)系定義顏色，三個軸分別是紅色（R）、綠色（G）和藍(lán)色（B）三個分量。在該空間中，坐標(biāo)原點代表黑色，任一點代表的顏色都用從坐標(biāo)原點到該點的向量表示。RGB色彩空間是迄今為止使用最廣泛的色彩空間，幾乎所有的電子顯示設(shè)備，包括計算機(jī)顯示器、移動設(shè)備顯示組件等，都使用RGB色彩空間。CMYK通常用于印刷行業(yè)中，在硬拷貝、照相、彩色噴墨打印等系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。CMYK四個字

17、母分別表示青色（Cyan）、品紅色（Magenta）、黃色（Yellow）和黑色（Black）。第 28 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息（3） HSV/HSL2. 色彩空間在1979年的ACM SIGGRAPH（美國計算機(jī)協(xié)會計算機(jī)圖形專業(yè)組）年度會議上，計算機(jī)圖形學(xué)標(biāo)準(zhǔn)委員會推薦將HSL色彩空間用于顏色設(shè)計。這兩個色彩空間在計算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域中非常有用，不僅僅是因為它們比RGB色彩空間更加直觀且符合人類對顏色的語言描述，同時也是因為它們與RGB色彩空間的轉(zhuǎn)換非?？焖?。圖2.10 HSV色彩空間模型第 29 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息（4） 絕對色彩空間與相對色彩空間2. 色彩空間絕對色彩空間是指不依賴于外部因

18、素就可以準(zhǔn)確地表示顏色的色彩空間，而相對色彩空間無法通過一組值準(zhǔn)確地表示顏色，即相同的值未必能使人得到相同的色彩感知。CIEL*a*b*定義的是一個絕對色彩空間，一組值就能定義一種精確的顏色，也就是說，只要在這個色彩空間規(guī)定的觀察條件下，這一組所代表的顏色就是確定的。非絕對色彩空間的例子有RGB色彩空間。雖然RGB色彩空間通過紅、綠、藍(lán)的混合生成各種顏色，但這些顏色沒有精確的定義。也就是說，在兩個不同的計算機(jī)顯示器或者其他RGB設(shè)備上，同一個RGB圖像可能看起來會非常不同。第 30 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息可視化將數(shù)據(jù)以一定的變換和視覺編碼原則映射為可視化視圖。用戶對可視化的感知和理解通過人的視覺

19、通道完成?？梢暬O(shè)計中，對數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化（視覺）元素映射時，需要遵循符合人類視覺感知的基本編碼原則。第三部分視覺編碼原則“”第 31 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息1. 相對判斷和視覺假象（1）相對判斷人類感知系統(tǒng)的工作原理決定于對所觀察事物的相對判斷。例如，在日常生活中（專業(yè)領(lǐng)域除外），人們通常會選取一個參照物，而將另外一個物體的尺寸描述為其相對于參照物的尺寸的變化量，并將比較結(jié)果描述成“A比B常大約2厘米”或“C比D要大一些”這樣的形式。如果物體使用相同的參照物或者相互對其，則會有助于人們做出準(zhǔn)確的相對判斷。圖2.11 相對判斷舉例第 32 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息1. 相對判斷和視覺假象（2）視覺假象

20、視覺假象（visual illusion）是指人們通過眼睛所獲得的信息被大腦處理后形成的關(guān)于事物的感知，與事物在客觀世界中的物理現(xiàn)實并不一致的現(xiàn)象。不合理地設(shè)定事物的上下文環(huán)境，會導(dǎo)致判斷真實性的失敗。信息可視化設(shè)計中，設(shè)計者需要充分考慮到人類感知系統(tǒng)的這種現(xiàn)象，以使得設(shè)計的可視化結(jié)果視圖不會存在誤導(dǎo)用戶的可視化元素。圖2.12 視覺假象舉例（a）（b）（c）第 33 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息2. 標(biāo)記和視覺通道可視化編碼是信息可視化的核心內(nèi)容，是將數(shù)據(jù)信息映射成可視化元素的技術(shù)，具有表達(dá)直觀、易于理解和記憶等特性?？梢暬幋a由兩方面組成：（圖形元素）標(biāo)記和用于控制標(biāo)記的視覺特征的視覺通道。兩者的

21、結(jié)合完整地對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行可視化表達(dá)。數(shù)據(jù)包含屬性和值。標(biāo)記是數(shù)據(jù)屬性到可視化元素的映射，用于直觀的代表數(shù)據(jù)的性質(zhì)分類；標(biāo)記通常是一些幾何圖形元素，如點、線、面、體等。視覺通道是數(shù)據(jù)的值到標(biāo)記的視覺表現(xiàn)屬性的映射，用于展現(xiàn)數(shù)據(jù)屬性的定量信息。通?？捎玫囊曈X通道包括標(biāo)記的位置、大小、形狀、方向、色調(diào)、飽和度、亮度等。第 34 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息視覺通道不僅具有分類性質(zhì)，也具有定量性質(zhì)。一個視覺通道可以編碼不同的數(shù)據(jù)屬性（如形狀），也可以用于編碼一個屬性的不同值（如長度）角度、長度和顏色第 35 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息a:柱（標(biāo)記）編碼數(shù)學(xué)均分屬性，高度（視覺通道）編碼數(shù)學(xué)平均分這一屬性的值；B:散

22、點圖，豎直軸和水平軸分別編碼數(shù)學(xué)均分和語文均分屬性，散點在二維空間的精確位置編碼了數(shù)據(jù)屬性的值；C:增加了用點編碼班級屬性，點的顏色編碼不同的班級類別；D: 增加點的尺寸這一視覺通道控制點的大小以編碼班級人數(shù)的屬性。圖2.25 可視化視覺通道的表達(dá)應(yīng)用舉例第 36 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息視覺通道的類型：數(shù)據(jù)通常以有序和分類兩種形式存在，視覺通道在表現(xiàn)上也存在量化和分類兩種功能。視覺通道的表現(xiàn)力：主要定義為視覺通道在編碼數(shù)據(jù)信息時，需要表達(dá)且僅表達(dá)數(shù)據(jù)的完整屬性。視覺通道的有效性：一個好的可視化設(shè)計需要根據(jù)每個數(shù)據(jù)屬性的重要性，使用合適的視覺通道進(jìn)行編碼，即利用具有高表現(xiàn)力的視覺通道編碼更重要的數(shù)

23、據(jù)屬性，從而使用戶可以更容易地獲取數(shù)據(jù)中的相對重要信息。根據(jù)表現(xiàn)力和有效性對視覺通道的排序：由于視覺通道在編碼數(shù)據(jù)信息時所表現(xiàn)的不同特性，將視覺通道按照它們的表現(xiàn)力和有效性進(jìn)行排序后，將有助于用戶在設(shè)計信息可視化時方便、快速地選擇合適的視覺通道或它們的組合，完整地展現(xiàn)數(shù)據(jù)包含的信息。3. 視覺通道的重要概念第 37 頁人類感知系統(tǒng)的兩種最基本的感知模式：第一種感知模式得到的信息是關(guān)于對象的本身特征和位置等，對應(yīng)于視覺通道的定性性質(zhì)或分類性質(zhì)，即描述對象是什么或在哪里。例如，形狀、顏色色調(diào)、空間位置。第二種感知模式得到的信息是關(guān)于對象的某一屬性在數(shù)值上的程度，對應(yīng)于視覺通道的定量性質(zhì)或定序性質(zhì)，

24、即描述對象某一屬性的具體數(shù)值是多少。例如長度、區(qū)域面積、空間體積、斜度、角度、顏色的飽和度、亮度等。視覺通道的兩類性質(zhì)不具有明確的界限。例如，當(dāng)把空間中的兩個點到某一選定點的距離編碼數(shù)據(jù)信息時，空間位置也能用來描述定量的數(shù)據(jù)屬性。（1）視覺通道的類型3. 視覺通道的重要概念第 38 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息視覺通道的第三種性質(zhì)是分組性質(zhì)。分組通常是針對多個或多種標(biāo)記的組合描述的。第 39 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息根據(jù)數(shù)據(jù)類型選擇視覺通道 從方法學(xué)上而言，定性的視覺通道適合編碼分類的數(shù)據(jù)信息，定量或定序的視覺通道適合編碼有序的或者數(shù)值型的數(shù)據(jù)信息，而分組的視覺通道則適合將存在相互聯(lián)系的分類的數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行

25、分組，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。第 40 頁（2）表現(xiàn)力和有效性視覺通道的性質(zhì)類型（定性定量分組）基本決定了不同的數(shù)據(jù)所采用的視覺通道；用表現(xiàn)力更高的視覺通道編碼數(shù)據(jù)中更重要的的數(shù)據(jù)屬性，將有助于提高可視化結(jié)果的有效性。（后表）例如，編碼數(shù)值的時候，使用長度比使用面積更合適，人們的感知系統(tǒng)對于長度的模式識別能力強(qiáng)于面積的模式識別視覺通道的表現(xiàn)力要求視覺通道僅僅編碼數(shù)據(jù)包含的所有信息。也就是說，視覺通道在對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的時候，需要盡量忠于原始數(shù)據(jù)所包含的信息。3. 視覺通道的重要概念第 41 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息圖2.27 視覺通道的表現(xiàn)力排序第 42 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息1 精確性主要描述了人

26、類感知系統(tǒng)對于可視化的判斷結(jié)果和原始數(shù)據(jù)的吻合程度。2 可辨認(rèn)性視覺通道可以具有不同的取值范圍，然而如何調(diào)整取值使得人們能夠區(qū)分該視覺通道的兩種或多種取直狀態(tài)，是視覺通道的可辨認(rèn)性問題。3 可分離性視覺通道的可分離性特征描述了其在被用于表達(dá)數(shù)據(jù)屬性的時候，兩兩之間的干擾現(xiàn)象。4 視覺突出指緊緊在很短的時間內(nèi)（200250ms），人們可以僅僅依賴感知的前向注意力直接發(fā)覺某一對象和其他所有對象的不同。3. 視覺通道的重要概念（2）表現(xiàn)力判斷標(biāo)準(zhǔn)第 43 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息1 精確性心理學(xué)的一系列研究表明，人類感知系統(tǒng)對不同的視覺通道感知的精確性歸納為冪次法則（史蒂文斯冪次法則），其中的指數(shù)與人類

27、感覺器官和感知模式相關(guān)。SInS：大腦所得到的感知結(jié)果；I：感覺器官所感受到的刺激值n:從亮度的0.5 到電流值的3.5不等3. 視覺通道的重要概念（2）表現(xiàn)力判斷標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)n小于1時，刺激信號被壓縮，改變刺激人體感覺器官的物理強(qiáng)度值并不能使得人對信號的感知得到成比例的響應(yīng)。例如，亮度成倍后，人們并不能感到成倍的亮度變化。長度是線性的物理測量，電流是超線性物理信號。視覺通道的不同精確性影響了可視化對數(shù)據(jù)信息的還原程度第 44 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息1 精確性主要描述了人類感知系統(tǒng)對于可視化的判斷結(jié)果和原始數(shù)據(jù)的吻合程度。2 可辨認(rèn)性視覺通道可以具有不同的取值范圍，然而如何調(diào)整取值使得人們能夠區(qū)分該視

28、覺通道的兩種或多種取直狀態(tài)，是視覺通道的可辨認(rèn)性問題。3 可分離性視覺通道的可分離性特征描述了其在被用于表達(dá)數(shù)據(jù)屬性的時候，兩兩之間的干擾現(xiàn)象。4 視覺突出指緊緊在很短的時間內(nèi)（200250ms），人們可以僅僅依賴感知的前向注意力直接發(fā)覺某一對象和其他所有對象的不同。3. 視覺通道的重要概念（2）表現(xiàn)力判斷標(biāo)準(zhǔn)第 45 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息2 可辨認(rèn)性某些視覺通道只有非常有限的取值范圍和取值數(shù)量。例如直線寬度，人們區(qū)分不同直線寬度的能力非常有限。如圖所示，直線寬度僅能編碼三四種不同的數(shù)據(jù)屬性值。當(dāng)數(shù)據(jù)屬性值的空間較大時，正確的做法是將數(shù)據(jù)屬性值分為相對較少的類（如圖的做法），或者使用具有更大取

29、值范圍的視覺通道。3. 視覺通道的重要概念（2）表現(xiàn)力判斷標(biāo)準(zhǔn)圖2.28 使用直線寬度編碼流量第 46 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息1 精確性主要描述了人類感知系統(tǒng)對于可視化的判斷結(jié)果和原始數(shù)據(jù)的吻合程度。2 可辨認(rèn)性視覺通道可以具有不同的取值范圍，然而如何調(diào)整取值使得人們能夠區(qū)分該視覺通道的兩種或多種取直狀態(tài)，是視覺通道的可辨認(rèn)性問題。3 可分離性視覺通道的可分離性特征描述了其在被用于表達(dá)數(shù)據(jù)屬性的時候，兩兩之間的干擾現(xiàn)象。4 視覺突出指緊緊在很短的時間內(nèi)（200250ms），人們可以僅僅依賴感知的前向注意力直接發(fā)覺某一對象和其他所有對象的不同。3. 視覺通道的重要概念（2）表現(xiàn)力判斷標(biāo)準(zhǔn)第 47

30、頁竢實揚華，自強(qiáng)不息3 可分離性3. 視覺通道的重要概念（2）表現(xiàn)力判斷標(biāo)準(zhǔn)一個視覺通道的使用可能會影響人們對另外視覺通道的正確感知，從而影響對可視化結(jié)果的信息獲取。由于人類視覺系統(tǒng)的特點，兩個視覺通道的干擾現(xiàn)象會在某些條件下被放大而顯現(xiàn)出來。左：當(dāng)尺寸較大時，尺寸和色調(diào)的可分離性明顯；右：當(dāng)尺寸較小時，尺寸和色調(diào)直接存在一定的干擾第 48 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息1 精確性主要描述了人類感知系統(tǒng)對于可視化的判斷結(jié)果和原始數(shù)據(jù)的吻合程度。2 可辨認(rèn)性視覺通道可以具有不同的取值范圍，然而如何調(diào)整取值使得人們能夠區(qū)分該視覺通道的兩種或多種取直狀態(tài)，是視覺通道的可辨認(rèn)性問題。3 可分離性視覺通道的可分離

31、性特征描述了其在被用于表達(dá)數(shù)據(jù)屬性的時候，兩兩之間的干擾現(xiàn)象。4 視覺突出指緊緊在很短的時間內(nèi)（200250ms），人們可以僅僅依賴感知的前向注意力直接發(fā)覺某一對象和其他所有對象的不同。3. 視覺通道的重要概念（2）表現(xiàn)力判斷標(biāo)準(zhǔn)第 49 頁4 視覺突出3. 視覺通道的重要概念（2）表現(xiàn)力判斷標(biāo)準(zhǔn)如圖所示，左邊兩個例子中，人們可以根據(jù)圖中圓的顏色，在很短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)紅色的目標(biāo)圓點，不管紅色的圓在圖中位置如何，或者綠色的圓的數(shù)量如何，前向注意力都能起作用。右邊兩個例子中，仍然可以根據(jù)圖中形狀元素的曲率的區(qū)別（圓和正方形），從干擾元素中找到目標(biāo)元素（圓），然而，當(dāng)干擾元素增加后，視覺突出的效果會被削

32、弱。前向注意力是人的一種無意識的信息積累和處理視覺突出效果使得人們對特殊對象的發(fā)現(xiàn)所需要的時間不會隨著背景對象的數(shù)量變化而變化第 50 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息視覺通道第 51 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息4. 視覺通道的特性（1）平面位置平面位置是唯一的既可以用于編碼分類的數(shù)據(jù)屬性，又可以用于編碼定序或定量的數(shù)據(jù)屬性的視覺通道。另外，對象在平面上的接近性也可以用于編碼分組的數(shù)據(jù)屬性由于可視化設(shè)計大多在二維空間，平面位置對于任何數(shù)據(jù)都非常有效，甚至是最有效的。使用平面位置編碼哪種數(shù)據(jù)屬性是關(guān)鍵問題。水平位置和垂直位置屬于平面位置的兩個可以分離的視覺通道，當(dāng)需要編碼的數(shù)據(jù)屬性是一維時，可以僅選擇其一。也有研

33、究指出，垂直位置會比水平位置具有略高的優(yōu)先級?；诖?，顯示器的顯示比例通常被設(shè)計成包含更多的水平像素，從而使水平方向的信息含量可以與垂直方向的信息含量相當(dāng)。第 52 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息坐標(biāo)軸使表示平面位置的一種標(biāo)記。線性刻度對數(shù)刻度500強(qiáng)公司的總收入散點圖4. 視覺通道的特性（2）顏色顏色是最復(fù)雜的、也是可以編碼大量數(shù)據(jù)信息的視覺通道之一。顏色分為亮度、飽和度和色調(diào)三個視覺通道。亮度和飽和度是定量或定序的視覺通道，色調(diào)屬于定性的視覺通道。顏色既是分類也是定量的視覺通道第 54 頁03040102飽和度飽和度是另一個適合于編碼有序數(shù)據(jù)的視覺通道。和亮度一樣，飽和度識別的精確性也受到對比度效果

34、的影響。配色方案在信息可視化設(shè)計中，配色方案關(guān)系到可視化結(jié)果的信息表達(dá)和美觀性。配色方案需要考慮：可視化所面向的用戶群體、可視化結(jié)果是否需要打印后復(fù)印，可視化本身的數(shù)據(jù)組成及屬性。亮度亮度適合編碼有序的數(shù)據(jù)，亮度通道的可辨性較小，一般情況下，在可視化中盡量使用少于6個不同的可辨的亮度層次。人們對于亮度的感知缺乏精確性。色調(diào)色調(diào)適合于編碼分類的數(shù)據(jù)屬性，并且也提供了分組編碼的功能。色調(diào)和飽和度都面臨與其他視覺通道相互影響的問題。4. 視覺通道的特性（2）顏色第 55 頁竢實揚華，自強(qiáng)不息在實踐中被廣泛使用。在進(jìn)行可視化設(shè)計的過程中，設(shè)計者還可以應(yīng)用一些軟件工具輔助配色方案的設(shè)計，如ColorBrewe