數(shù)據(jù)可視化的理論基礎(chǔ)1.

視覺(jué)感知和認(rèn)知2.

格式塔理論3.

視覺(jué)通道4.

色彩主要內(nèi)容視覺(jué)感知1.什么是視覺(jué)感知？感知是指客觀事物通過(guò)人的感覺(jué)器官在人腦中形成的直接反映感覺(jué)器官眼、耳、鼻、神經(jīng)末梢那么，視覺(jué)感知就是客觀事物通過(guò)人的視覺(jué)在人腦中形成的直接反映視覺(jué)感知感知：關(guān)于輸入信號(hào)的本質(zhì)；看見(jiàn)的東西認(rèn)知：關(guān)于怎樣理解和解釋看到的東西什么是認(rèn)知？認(rèn)知心理學(xué)將認(rèn)知過(guò)程看成由信息的獲取、分析、歸納、解碼、儲(chǔ)存、概念形成、提取和使用等一系列階段組成的按一定程序進(jìn)行的信息加工系統(tǒng)?？茖W(xué)領(lǐng)域中，認(rèn)知是包含注意力、記憶、產(chǎn)生和理解語(yǔ)

言、解決問(wèn)題，以及進(jìn)行決策的心理過(guò)程

的組合。認(rèn)知“當(dāng)人們觀察事物時(shí)，人們所看到的依賴(lài)于事物本身是什么。將事物看做什么，取決于人們對(duì)看到的事物了解多少?！笨梢暬铝τ谕獠空J(rèn)知，也就是說(shuō)，怎樣利用大腦以外的資源來(lái)增強(qiáng)大腦本身

的認(rèn)知能力?！癡isualization

is

really

about

external

cognition,that

is,how

resources

outside

the

mind

can

be

used

to

boost

thecognitive

capabilities

of

the

mind.”Stuart

Card交叉點(diǎn)上的黑色圓點(diǎn)在跳躍變化有多少黑點(diǎn)感知系統(tǒng)基于相對(duì)判斷，而非絕對(duì)判斷(Weber’sLaw)相對(duì)性&絕對(duì)性BABAAA和B那一個(gè)更高？有線框

未對(duì)齊無(wú)線框

未對(duì)齊無(wú)線框B感知系統(tǒng)基于相對(duì)判斷，而非絕對(duì)判斷(Weber’sLaw)相對(duì)性&絕對(duì)性A和B哪一個(gè)更亮？2.格式塔理論最大的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)研究心理對(duì)象的整體性整體性思想的核心是有機(jī)體或統(tǒng)一的整體大于各部分單純相加之和。整體論思想最早出現(xiàn)在古希臘和古羅馬時(shí)代，但真正體現(xiàn)是在黑格爾

(G.W.F.Hegel)的哲學(xué)之中。黑格爾用有機(jī)體的整體論來(lái)解釋人類(lèi)的歷史，認(rèn)為人類(lèi)歷史的基本單位是國(guó)家和民族，歷史事件不能簡(jiǎn)

單還原為個(gè)人行為。

Wolgang

K?hler1887‐1967為什么我們?cè)谟^看事物的時(shí)候會(huì)把一部分當(dāng)做前景，其余部分當(dāng)做背景？Kurt

Koffka1886-1941為什么我們能

區(qū)分形狀？Max

Wertheimer1880-1943什么形狀是好的？1.

接近(或鄰近)原則2.

相似原則3.

封閉(閉合)原則4.

連續(xù)原則5.

簡(jiǎn)單原則6.共勢(shì)原則7.好圖原則

8.

對(duì)稱(chēng)原則9.

經(jīng)驗(yàn)原則格式塔(gestalt)原則兩個(gè)對(duì)象在空間或時(shí)間上比較接近或鄰近

時(shí)，則這兩個(gè)對(duì)象就傾向于被一起感知為一個(gè)整體。D1.接近(或鄰近)ProximityD

刺激物的形狀、大小、顏色、強(qiáng)

度等物理屬性方面比較相似時(shí),這些刺激物就容易被組織起來(lái)而構(gòu)

成一個(gè)整體。?

主體在感知物體時(shí)有一種能自行填補(bǔ)缺口

使其閉合將其知覺(jué)為

一個(gè)整體的傾向。D

我們傾向于完整地連接一個(gè)圖形，而不是觀察殘缺的線條或形狀。人們對(duì)一個(gè)復(fù)雜對(duì)象進(jìn)行知覺(jué)時(shí)，如沒(méi)有特殊要求，

常常傾向于把對(duì)象看作是有

組織的簡(jiǎn)單的規(guī)則圖形。D

如果一組物體沿著相似的光滑路徑有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或具有相似的排列模式，

人們會(huì)將他們識(shí)別為同一物體。共勢(shì)原則(common從一堆字符中認(rèn)知語(yǔ)句fate)

6.D

好圖原則指人眼通常會(huì)自動(dòng)的將一組物體按照簡(jiǎn)單、規(guī)則、有序

的元素排列方式識(shí)別。即個(gè)體識(shí)

別世界的時(shí)候通常會(huì)消除其中的

復(fù)雜性和不熟悉性，采納最簡(jiǎn)化

的形式。

7.好圖原則(Good上：奧運(yùn)環(huán)；下:

割裂的圓環(huán)。Figure)8.對(duì)稱(chēng)原則(Symmetry)D

人的意識(shí)傾向于將物體識(shí)別為

沿某點(diǎn)或某軸對(duì)稱(chēng)的形狀。某國(guó)男女人口隨年齡的分布情況9.

經(jīng)驗(yàn)原則(Past

Experience)D

是指在某些情形下，視覺(jué)感知與過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)有

關(guān)。如果兩個(gè)物體看上去距離相近，或者時(shí)間

間隔小，那么它們通常被識(shí)別為同一類(lèi)。

3.視覺(jué)通道

將數(shù)據(jù)信息以可視化視圖呈現(xiàn)，其核心內(nèi)容是可視化編碼，它是將數(shù)據(jù)信息映射成可視化元素的技術(shù)?？梢暬幋a由幾何標(biāo)記(圖形元素)和視覺(jué)通道兩部分組成。D

幾何標(biāo)記：

可視化中標(biāo)記通常是一些幾何圖形元素，例如：點(diǎn)、線、面、體。D

視覺(jué)通道：

用于控制幾何標(biāo)記的展示特性，為標(biāo)記提供視覺(jué)特征，包括標(biāo)記的位置、大小、形狀、方向、色調(diào)、飽和度、亮度等?？梢暬幋aD

定量(連續(xù)、有序)的視覺(jué)通道：

如直線的長(zhǎng)度、區(qū)域的面積、空間的體積、斜度、角度、顏色的飽和度和亮度等。D

定性(分類(lèi))的視覺(jué)通道：

如形狀、顏色的色調(diào)、空間位置。視覺(jué)通道的類(lèi)型色調(diào)配色方案透明度方向形狀紋理動(dòng)畫(huà)空間位置尺寸顏色亮度飽和度視覺(jué)通道的特性是放置所有可視化元素的容器。可以是：D

一維：

溫度計(jì)……。設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。D

二維：

手機(jī)、電視……最常見(jiàn)。D

三維：

虛擬現(xiàn)實(shí)……。

和人類(lèi)視覺(jué)的生理構(gòu)造相對(duì)應(yīng)。通常采用平面像素而不是三維像素成像，

通過(guò)跟蹤用戶(hù)位置和視角不斷更新，

讓

空間用戶(hù)產(chǎn)生置身于現(xiàn)實(shí)三維環(huán)境中的感受。D

既可以用于編碼分類(lèi)的數(shù)據(jù)屬性，又可以編碼定序或者定量的數(shù)據(jù)屬性的視覺(jué)通道。

如果是平面上的接近性，還可以參與分組。D

平面位置的兩個(gè)可以分離的視覺(jué)通道是水平位置和垂直位置。位置尺寸1尺寸是定量或定序的視覺(jué)通道，適合編碼有序的數(shù)據(jù)屬性。1長(zhǎng)度是一維的尺寸，包括垂直尺寸和水平尺寸，即高度和寬度。1面積是二維的尺寸。1體積是三維的尺寸。維度越高判斷越來(lái)越不準(zhǔn)確。顏色最復(fù)雜的，也是可以編碼大量數(shù)據(jù)信息的視覺(jué)通道之一。D

亮度

(明度)

(Brightness)

(定量或定序)D

飽和度

(彩度)

(Saturation)

(定量或定序)D

色調(diào)

(Hue)

(定性或分類(lèi))D

關(guān)系到信息表達(dá)和美觀?？梢詰?yīng)用一些軟件在線配色，比如：D

ColorBrewer配色系統(tǒng)：

http://colorbrewer2.org/D

Adobe的Kuler配色系統(tǒng)：

https://color.adobe.com/zh/create配色方案

方向D

紋理被認(rèn)為是多種視覺(jué)變量的組合，包括形狀、顏色和方向。(1

)形狀組成紋理。(2

)顏色是紋理中每個(gè)像素點(diǎn)的顏色。(3

)方向是紋理中形狀和顏色的旋轉(zhuǎn)變化。D

二維應(yīng)用：不同的數(shù)據(jù)范圍或者分布。D

三維應(yīng)用：一般作為幾何物體的屬性，表示高度、頻率、方向等。紋理

動(dòng)畫(huà)

指由計(jì)算機(jī)生成的連續(xù)播放的靜態(tài)圖像所形成的動(dòng)態(tài)效果的圖畫(huà)作品。利

用人的視覺(jué)殘留現(xiàn)象，產(chǎn)生視覺(jué)動(dòng)感。

視覺(jué)通道主要是：

運(yùn)動(dòng)的方向(編碼定性的數(shù)據(jù)屬性)

運(yùn)動(dòng)的速度(編碼定量的數(shù)據(jù)屬性)

閃爍的頻率等(編碼定量的數(shù)據(jù)屬性)

特點(diǎn)

：完全吸引了人的注意力，觀察其中的非動(dòng)畫(huà)部分非常困難。?精確性

(準(zhǔn)確編碼數(shù)據(jù)包含的所有信息，要盡量忠于原始數(shù)據(jù))?可辨性?可分離性?視覺(jué)突出視覺(jué)通道的表現(xiàn)力和有效性

精確性D

研究表明，人類(lèi)感知系統(tǒng)對(duì)于不同的視覺(jué)通道感知精確性是不同的。D

美國(guó)心理物理學(xué)家史蒂文斯在1953年提出了心理物理學(xué)定律，也稱(chēng)作“史蒂文斯冪次法

則”。該定律認(rèn)為，感覺(jué)量的大小與刺激量的乘方成正比，也即心理量是物理量的冪函數(shù)。用公式表示為：DS=K·I^n其中S為心理量，K為常數(shù)，I為物理量，n因不同的感覺(jué)而異。下表為史蒂文斯冪次法則所描述的一些視覺(jué)通道的冪次。表示了視覺(jué)通道的實(shí)際變化量與人類(lèi)主觀感知存在的聯(lián)系。表

不同視覺(jué)通道對(duì)應(yīng)的n值視覺(jué)通道亮度面積長(zhǎng)度灰對(duì)比度冪次0.50.71.01.2視覺(jué)通道感知的精確性將影響可視化結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)信息

傳遞的準(zhǔn)確性，因此在表達(dá)定量數(shù)據(jù)的時(shí)候，通常采

用一端對(duì)齊射線的長(zhǎng)度或柱狀圖的高度進(jìn)行表示?？杀嫘訢

視覺(jué)通道可以有不同的取值范圍，調(diào)整