学科服务与参考工作数据可视化第二章.pptx

1、第二章视觉感知与认知第 2 页竢实扬华，自强不息目 录CONTENT1 1视觉感知和认知颜色视觉编码原则2 23 3第 3 页竢实扬华，自强不息在可视化与可视化分析过程中，用户是所有行为的主体：通过视觉感知（visual perception）器官获取可视信息、编码并形成认知（cognition），在交互过程中获取解决问题的方法。在这个过程中，感知和认知能力直接影响着信息的获取和处理过程，进而影响对外在世界环境所做出的反应。第一部分视觉感知与认知“”第 4 页竢实扬华，自强不息图中呈现了一个简化的、用户在客观世界中进行可视分析和事件处理的过程:数据经过自动或手工的分析方法（如机器学习、统计分析

2、等）进行处理并可视化后，被用户所理解，饼状范囤表示了由用户、数据处理和可视化三者组成的一个直接交互的过程；当有多个用户参与这个过程时，相互之间就产生了群组协作的效果。然而人的作用远不止于此，可视化的数据来自于现实世界（或模拟仿真)，人们利用这些数据做出一些决定，从而影响了他们在世界中的行为，最终对现实世界产生影响第 5 页竢实扬华，自强不息l客观世界和虚拟社会存在并源源不断地产生大量的数据，而人类处理数据的能力已经远远落后于获取数据的能力。-人类视觉具有迄今为止最高的带宽，人工智能的发展使得计算机能够部分模仿低阶视觉，然而在高阶视觉方面力不从心。l另一方面，人类视觉对于以数字、文本等形式存在的

3、非形象化信息的直接感知能力远远落后于对于形象化视觉符号的理解。l数据可视化技术正是将数据转换为易为用户感知和认知的可视化视图的重要手段，这个过程涉及数据处理、可视化编码、可视化呈现和视图交互等流程，每一个步骤的设计都需要根据人类感知和认知的基本原理进行优化。第 6 页竢实扬华，自强不息1.视觉感知和认知的定义视觉感知感知：客观事物通过感觉器官在人脑中的直接反映。感觉器官：眼、鼻、耳，以及遍布身体各处的神经末梢等。视觉感知：就是客观事物通过人的视觉在人脑中形成的直接反映。认知认知：指在认知活动的过程中，个体对感觉信号接收、检测、转换、简约、合成、编码、储存、提取、重建、概念形成、判断和问题解决的

4、信息加工处理过程。认知心理学上将认知过程看成由信息的获取、编码、储存、提取和使用等一系列认知阶段组成的按一定程序进行信息加工的系统第 7 页竢实扬华，自强不息2.视觉感知处理过程l心理学上的双重编码理论认为，人类的感知系统由分别负责语言方面和其他非语言事务（特别是视觉信息方面）的两个子系统组成。它强调语言与非语言的信息加工过程对于人类认知具有同等的重要性。l此外，存在两种不同的表征单元：适用于心理映像的“图像单元”和适用于语言实体的“语言单元”。-例如，一个人可以通过词语“汽车”想象汽车，也可以通过汽车的心理映像想象汽车；在相互关系上，一个人可以想象出一辆汽车，然后用语言描述，也可以读或听关于

5、汽车的描述后，构造出汽车的心理映像。l 非语言信息的加工具有一定的优势，大脑对于视觉信息的记忆效果和记忆速度要好于语言。l 感知心理学家通常将视觉分为低阶视觉和高阶视觉-低阶视觉：与物体的物理性质相关，包括深度、形状、边界、表面材质在信息可视化和可视分析中广泛验证-高阶视觉：对物体的识别和分类，属于人类认知能力的重要组成部分。第 8 页竢实扬华，自强不息l前注意视觉理论是解释视觉突出现象的理论。第 9 页竢实扬华，自强不息格式塔（Grestalt）心理学诞生于1912年，是心理学中为数不多的理性主义理论之一。强调经验和行为的整体性，认为整体不等于部分之和，意识不等于感觉元素的集合，行为不等于反

6、射弧的循环。格式塔法则又称为完图法则，主要包括：3.格式塔理论（1）贴近原则（5）共势原则（7）对称性原则（4）闭合原则（2）相似原则（3）连续原则（8）经验原则（6）好图原则第 10 页（1）贴近原则（proximity）图2.1 贴近原则举例当视觉元素（即一些被认识别的视觉感知对象）在空间距离上相距较近时，人们通常倾向于把他们归为一组。在图2.1中，左图的10个方形没有相互接近，因此人们无法把它们归为一组；而右图的联合利华公司图标中，不同花纹颜色一致，由于空间距离贴近，因此被识别为组成一个大写的英文字母“U”，从而完成与公司名称文本的分组。第 11 页（2）相似原则（similarity）

7、图2.2 相似原则举例人们在观察事物的时候，会自然地根据事物的相似性进行感知分组，通常依据对形状、颜色、光照或其他性质的感知决定分组。例如，在图2.2中，散点图（左）和统计图（右）对不同个体着色，使可视化结果自然体现两个数据聚类。不同颜色分两类相同颜色自动识别为同类贴近原则与相似原则的区别是采用空间距离或属性相似性对数据分组第 12 页（3）连续原则（continuity）图2.3 连续原则举例人们在观察事物时会很自然地沿着物体的边界，将不连续的物体视为连续的整体。例如，在图2.3中，左图中人们的视觉焦点会沿着散点分布成连续的曲线（如箭头所示）。但是如果数据隔断过大，人眼重建的视觉感知可能与实

8、际数据不相符，如右图所示。应用连续原则可能导致感知错误第 13 页（4）闭合原则（closure）图2.4 闭合原则举例在某些视觉映像中，其中的物体可能是不完整的或者不是闭合的，然而格式塔心理学认为，只要物体的形状足以表征物体本身，人们就会很容易地感知整个物体而忽视未闭合的特征。例如，在图2.4中，人们可以很容易地从轮廓线中获得关于“点集子类边界”和“IBM”图标的视觉感知，而图中未闭合的特征并不影响人们识别这两种事物。封闭曲线分为三个区域，令用户将三个点集子类自动识别为三类形状字母闭合第 14 页（5）共势原则（common fate）图2.5 共势原则举例共势原则指如果一组物体沿着相似的光

9、滑路径运动趋势或具有相似的排列模式，人眼会将它们识别为同一类物体。例如，图2.5左图显示了一堆杂乱的字母，但人眼下意识地识别出具有相同布局的字母并自动识别语句；右图展示了Hans Rosling的著名可视化工作“各国状态趋势图”的一个实例，各个数据点代表一个国家在某个年份的数据，随时间变化时，人眼自动将具有类似运动趋势的点聚类。第 15 页（6）好图原则（good figure）图2.6 好图原则举例好图原则指人眼通常会自动将一组物体按照简单、规则、有序的元素排列方式识别。这就是说，个体识别世界的时候通常会消除复杂性和不熟悉性，并采纳最简化的形式。图2.6展示了对五环形状的两种识别：奥运五环标

10、志和割裂的五个圆环。在描述这种形状时，人们倾向于将其描述成一系列圆环，而不是直接描述为一种特殊的形状。第 16 页（7）对称性原则（symmetry）图2.7 对称性原则举例.按照男女将年龄分布数据对称排列，增强数据的可读性对称性原则指人的意识倾向于将物体识别为沿某点或某轴对称的形状。图2.7展示了某国男女人口随年龄的分布情况。第 17 页（8）经验原则（past experience）图2.8 经验原则举例经验原则指在某些情形下视觉感知与过去的经验有关。如果两个物体看上去距离相近，或者时间间隔小，那么它们通常被识别为同一类。图2.8左右两图分别将同一个形状放置在两个字母和两个数字之间，造成的

11、识别结果分别是B和13。第 18 页竢实扬华，自强不息由上面的描述可以看出，格式塔的基本思想是：视觉形象首先是作为统一的整体被认知的，而后才以部分的形式被认知，也就是说，人们先“看见”一个构图的整体，然后才“看见”组成这一构图整体的各个部分。格式塔理论第 19 页竢实扬华，自强不息在信息可视化与视觉设计中，颜色是最重要的元素之一。可视化结果的表达力与视觉美感依赖于设计者对于颜色的准确使用。颜色感知的形成是一个复杂的物理和心理相互作用的过程。人类对颜色的感知也会受到周围环境的影响第二部分颜色“”第 20 页竢实扬华，自强不息1.颜色刺激理论可见光可见光指能被人眼捕获并在人脑中形成颜色感知的电磁波

12、，其在整个电磁波波谱上只占很小的一部分。历史上著名的太阳光色散实验由英国科学家艾萨克牛顿爵士于1665年完成，使得人们第一次接触到光的可定量的特征。通常人眼能够感知的可见光波长为390-750nm（1）人眼与可见光第 21 页竢实扬华，自强不息人眼人眼是人类对于环境中大部分信息的获取通道。人眼的光学系统类似于日常生活中的照相机系统视网膜含有两类感光细胞：视杆细胞和视锥细胞。n视杆细胞对光高度敏感。因此我们在低度光照下也能看见东西。可是，它们不能辨别细节并且受光的饱和度支配。所以当我们从暗室走到阳光下会短暂失明。每只眼睛大约有1亿2千万个视杆细胞，主要分布在视网膜的边缘。因此，视杆细胞主导着外围

13、视野。n视锥细胞对光线不如视杆细胞敏感。视锥细胞能分辨颜色。每只眼睛大约有600万个视锥细胞，主要集中在中央凹内。n视网膜上还有一个盲点。盲点上没有视杆细胞和视锥细胞。但我们的视觉系统对此作了补偿，正常情况下我们都不会有所觉察。视杆细胞和视锥细胞的功能区别视杆细胞视杆细胞视锥细胞视锥细胞在低水平照明时（如夜间）起作用在高水平照明时（如白天）起作用区别黑白区别彩色对光谱中绿色部分最敏感，在远离视网膜中心处最多对光谱中黄色部分最敏感，在视网膜中部最多对极弱的刺激敏感主要在识别空间位置和要求敏锐地看物体时起作用第 23 页竢实扬华，自强不息1.颜色刺激理论从物理学角度而言，光的实质是一种电磁波，本身

14、是不带颜色的，所谓颜色只是人的视觉系统对所接收到的光信号的一种主观的视觉感知。物体所呈现的颜色由物体的材料属性、光源中各种波长分布和人的心理认知所决定，因此存在个体差异。颜色既是一种心理生理现象，也是一种心理物理现象。关于颜色视觉理论，主要存在两个互补的理论：三色视觉理论与补色过程理论。（2）颜色与视觉24第 24 页竢实扬华，自强不息1.颜色刺激理论颜色视觉障碍指在正常光照条件下，人眼无法辨认不同的颜色或者对于颜色辨认存在不同程度的障碍，分为非正常三色视觉（色弱）、二色视觉（色盲）、单色视觉（非常少见）。颜色视觉障碍人数约占世界人口的8%，其中色盲人数超过2%，男性比女性显著要高。设计可视化

15、颜色方案时，需要充分考虑可视化结果的用户群体特征，尽可能使用有效的颜色配置方案，使得可视化结果对于所有用户都能呈现所包含的信息。（3）颜色视觉障碍第 25 页竢实扬华，自强不息色彩空间（也称色彩模型或色彩系统）是描述使用一组值（通常使用3个或4个值）表示颜色的方法的抽象数学模型。目前，常用的色彩空间主要包括CIEXYZ色彩空间、CIEL*a*b色彩空间、RGB色彩空间、GMYK色彩空间和HSVHSL色彩空间等多种。2.色彩空间第 26 页竢实扬华，自强不息（1）CIEXYZ CIEL*a*b2.色彩空间CIE1931XYZ色彩空间是采用抽象数学模型定义的通过实验获得的色彩空间。实验使用2度视角

16、的圆形屏幕，屏幕的一办投影上测试颜色，另一半投影上观察者可调整颜色。可调整颜色是三种原色的混合，它们每个都有固定的色度，但有可调整的明度。图2.9 CIE色彩空间第 27 页竢实扬华，自强不息（2）RGB CMYK2.色彩空间RGB色彩模型采用笛卡尔坐标系定义颜色，三个轴分别是红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）三个分量。在该空间中，坐标原点代表黑色，任一点代表的颜色都用从坐标原点到该点的向量表示。RGB色彩空间是迄今为止使用最广泛的色彩空间，几乎所有的电子显示设备，包括计算机显示器、移动设备显示组件等，都使用RGB色彩空间。CMYK通常用于印刷行业中，在硬拷贝、照相、彩色喷墨打印等系统中具有广

17、泛的应用。CMYK四个字母分别表示青色（Cyan）、品红色（Magenta）、黄色（Yellow）和黑色（Black）。第 28 页竢实扬华，自强不息（3）HSV/HSL2.色彩空间在1979年的ACM SIGGRAPH（美国计算机协会计算机图形专业组）年度会议上，计算机图形学标准委员会推荐将HSL色彩空间用于颜色设计。这两个色彩空间在计算机图形学领域中非常有用，不仅仅是因为它们比RGB色彩空间更加直观且符合人类对颜色的语言描述，同时也是因为它们与RGB色彩空间的转换非常快速。图2.10 HSV色彩空间模型第 29 页竢实扬华，自强不息（4）绝对色彩空间与相对色彩空间2.色彩空间绝对色彩空间是

18、指不依赖于外部因素就可以准确地表示颜色的色彩空间，而相对色彩空间无法通过一组值准确地表示颜色，即相同的值未必能使人得到相同的色彩感知。CIEL*a*b*定义的是一个绝对色彩空间，一组值就能定义一种精确的颜色，也就是说，只要在这个色彩空间规定的观察条件下，这一组所代表的颜色就是确定的。非绝对色彩空间的例子有RGB色彩空间。虽然RGB色彩空间通过红、绿、蓝的混合生成各种颜色，但这些颜色没有精确的定义。也就是说，在两个不同的计算机显示器或者其他RGB设备上，同一个RGB图像可能看起来会非常不同。第 30 页竢实扬华，自强不息可视化将数据以一定的变换和视觉编码原则映射为可视化视图。用户对可视化的感知和

19、理解通过人的视觉通道完成。可视化设计中，对数据进行可视化（视觉）元素映射时，需要遵循符合人类视觉感知的基本编码原则。第三部分视觉编码原则“”第 31 页竢实扬华，自强不息1.相对判断和视觉假象（1）相对判断人类感知系统的工作原理决定于对所观察事物的相对判断。例如，在日常生活中（专业领域除外），人们通常会选取一个参照物，而将另外一个物体的尺寸描述为其相对于参照物的尺寸的变化量，并将比较结果描述成“A比B常大约2厘米”或“C比D要大一些”这样的形式。如果物体使用相同的参照物或者相互对其，则会有助于人们做出准确的相对判断。图2.11 相对判断举例第 32 页竢实扬华，自强不息1.相对判断和视觉假象（

20、2）视觉假象视觉假象（visual illusion）是指人们通过眼睛所获得的信息被大脑处理后形成的关于事物的感知，与事物在客观世界中的物理现实并不一致的现象。不合理地设定事物的上下文环境，会导致判断真实性的失败。信息可视化设计中，设计者需要充分考虑到人类感知系统的这种现象，以使得设计的可视化结果视图不会存在误导用户的可视化元素。图2.12 视觉假象举例（a）（b）（c）第 33 页竢实扬华，自强不息2.标记和视觉通道可视化编码是信息可视化的核心内容，是将数据信息映射成可视化元素的技术，具有表达直观、易于理解和记忆等特性。可视化编码由两方面组成：（图形元素）标记和用于控制标记的视觉特征的视觉通

21、道。两者的结合完整地对数据信息进行可视化表达。数据包含属性和值。-标记是数据属性到可视化元素的映射，用于直观的代表数据的性质分类；标记通常是一些几何图形元素，如点、线、面、体标记通常是一些几何图形元素，如点、线、面、体等。等。-视觉通道是数据的值到标记的视觉表现属性的映射，用于展现数据属性的定量信息。通常可用的视觉通道包括标记的位置、大小、形状、通常可用的视觉通道包括标记的位置、大小、形状、方向、色调、饱和度、亮度等。方向、色调、饱和度、亮度等。第 34 页竢实扬华，自强不息视觉通道不仅具有分类性质，也具有定量性质。一个视觉通道可以编码不同的数据属性（如形状），也可以用于编码一个属性的不同值（

22、如长度）角度、长度和颜色第 35 页竢实扬华，自强不息a:柱（标记）编码数学均分属性，高度（视觉通道）编码数学平均分这一属性的值；B:散点图，竖直轴和水平轴分别编码数学均分和语文均分属性，散点在二维空间的精确位置编码了数据属性的值；C:增加了用点编码班级属性，点的颜色编码不同的班级类别；D:增加点的尺寸这一视觉通道控制点的大小以编码班级人数的属性。图2.25 可视化视觉通道的表达应用举例第 36 页竢实扬华，自强不息视觉通道的类型：数据通常以有序和分类两种形式存在，视觉通道在表现上也存在量化和分类两种功能。视觉通道的表现力：主要定义为视觉通道在编码数据信息时，需要表达且仅表达数据的完整属性。视

23、觉通道的有效性：一个好的可视化设计需要根据每个数据属性的重要性，使用合适的视觉通道进行编码，即利用具有高表现力的视觉通道编码更重要的数据属性，从而使用户可以更容易地获取数据中的相对重要信息。根据表现力和有效性对视觉通道的排序：由于视觉通道在编码数据信息时所表现的不同特性，将视觉通道按照它们的表现力和有效性进行排序后，将有助于用户在设计信息可视化时方便、快速地选择合适的视觉通道或它们的组合，完整地展现数据包含的信息。3.视觉通道的重要概念第 37 页人类感知系统的两种最基本的感知模式：第一种感知模式得到的信息是关于对象的本身特征和位置等，对应于视觉通道的定性性质或分类性质，即描述对象是什么或在哪

24、里。例如，形状、颜色色调、空间位置。第二种感知模式得到的信息是关于对象的某一属性在数值上的程度，对应于视觉通道的定量性质或定序性质，即描述对象某一属性的具体数值是多少。例如长度、区域面积、空间体积、斜度、角度、颜色的饱和度、亮度等。视觉通道的两类性质不具有明确的界限。例如，当把空间中的两个点到某一选定点的距离编码数据信息时，空间位置也能用来描述定量的数据属性。（1）视觉通道的类型3.视觉通道的重要概念第 38 页竢实扬华，自强不息视觉通道的第三种性质是分组性质。分组通常是针对多个或多种标记的组合描述的。第 39 页竢实扬华，自强不息根据数据类型选择视觉通道 从方法学上而言，定性的视觉通道适合编

25、码分类的数据信息，定量或定序的视觉通道适合编码有序的或者数值型的数据信息，而分组的视觉通道则适合将存在相互联系的分类的数据属性进行分组，从而实现数据的内在关联性。第 40 页（2）表现力和有效性l 视觉通道的性质类型（定性定量分组）基本决定了不同的数据所采用的视觉通道；l 用表现力更高的视觉通道编码数据中更重要的的数据属性，将有助于提高可视化结果的有效性。（后表）-例如，编码数值的时候，使用长度比使用面积更合适，人们的感知系统对于长度的模式识别能力强于面积的模式识别l 视觉通道的表现力要求视觉通道仅仅编码数据包含的所有信息。也就是说，视觉通道在对数据进行编码的时候，需要尽量忠于原始数据所包含的

26、信息。3.视觉通道的重要概念第 41 页竢实扬华，自强不息图2.27 视觉通道的表现力排序第 42 页竢实扬华，自强不息1 精确性主要描述了人类感知系统对于可视化的判断结果和原始数据的吻合程度。2 可辨认性视觉通道可以具有不同的取值范围，然而如何调整取值使得人们能够区分该视觉通道的两种或多种取直状态，是视觉通道的可辨认性问题。3 可分离性视觉通道的可分离性特征描述了其在被用于表达数据属性的时候，两两之间的干扰现象。4 视觉突出指紧紧在很短的时间内（200250ms），人们可以仅仅依赖感知的前向注意力直接发觉某一对象和其他所有对象的不同。3.视觉通道的重要概念（2）表现力判断标准第 43 页竢实

27、扬华，自强不息1 精确性心理学的一系列研究表明，人类感知系统对不同的视觉通道感知的精确性归纳为幂次法则（史蒂文斯幂次法则），其中的指数与人类感觉器官和感知模式相关。SInS：大脑所得到的感知结果；I：感觉器官所感受到的刺激值n:从亮度的0.5 到电流值的3.5不等3.视觉通道的重要概念（2）表现力判断标准当n小于1时，刺激信号被压缩，改变刺激人体感觉器官的物理强度值并不能使得人对信号的感知得到成比例的响应。例如，亮度成倍后，人们并不能感到成倍的亮度变化。长度是线性的物理测量，电流是超线性物理信号。视觉通道的不同精确性影响了可视化对数据信息的还原程度第 44 页竢实扬华，自强不息1 精确性主要描

28、述了人类感知系统对于可视化的判断结果和原始数据的吻合程度。2 可辨认性视觉通道可以具有不同的取值范围，然而如何调整取值使得人们能够区分该视觉通道的两种或多种取直状态，是视觉通道的可辨认性问题。3 可分离性视觉通道的可分离性特征描述了其在被用于表达数据属性的时候，两两之间的干扰现象。4 视觉突出指紧紧在很短的时间内（200250ms），人们可以仅仅依赖感知的前向注意力直接发觉某一对象和其他所有对象的不同。3.视觉通道的重要概念（2）表现力判断标准第 45 页竢实扬华，自强不息2 可辨认性某些视觉通道只有非常有限的取值范围和取值数量。例如直线宽度，人们区分不同直线宽度的能力非常有限。如图所示，直线

29、宽度仅能编码三四种不同的数据属性值。当数据属性值的空间较大时，正确的做法是将数据属性值分为相对较少的类（如图的做法），或者使用具有更大取值范围的视觉通道。3.视觉通道的重要概念（2）表现力判断标准图2.28 使用直线宽度编码流量第 46 页竢实扬华，自强不息1 精确性主要描述了人类感知系统对于可视化的判断结果和原始数据的吻合程度。2 可辨认性视觉通道可以具有不同的取值范围，然而如何调整取值使得人们能够区分该视觉通道的两种或多种取直状态，是视觉通道的可辨认性问题。3 可分离性视觉通道的可分离性特征描述了其在被用于表达数据属性的时候，两两之间的干扰现象。4 视觉突出指紧紧在很短的时间内（20025

30、0ms），人们可以仅仅依赖感知的前向注意力直接发觉某一对象和其他所有对象的不同。3.视觉通道的重要概念（2）表现力判断标准第 47 页竢实扬华，自强不息3 可分离性3.视觉通道的重要概念（2）表现力判断标准l 一个视觉通道的使用可能会影响人们对另外视觉通道的正确感知，从而影响对可视化结果的信息获取。l 由于人类视觉系统的特点，两个视觉通道的干扰现象会在某些条件下被放大而显现出来。左：当尺寸较大时，尺寸和色调的可分离性明显；右：当尺寸较小时，尺寸和色调直接存在一定的干扰第 48 页竢实扬华，自强不息1 精确性主要描述了人类感知系统对于可视化的判断结果和原始数据的吻合程度。2 可辨认性视觉通道可以

31、具有不同的取值范围，然而如何调整取值使得人们能够区分该视觉通道的两种或多种取直状态，是视觉通道的可辨认性问题。3 可分离性视觉通道的可分离性特征描述了其在被用于表达数据属性的时候，两两之间的干扰现象。4 视觉突出指紧紧在很短的时间内（200250ms），人们可以仅仅依赖感知的前向注意力直接发觉某一对象和其他所有对象的不同。3.视觉通道的重要概念（2）表现力判断标准第 49 页4 视觉突出3.视觉通道的重要概念（2）表现力判断标准如图所示，左边两个例子中，人们可以根据图中圆的颜色，在很短时间内发现红色的目标圆点，不管红色的圆在图中位置如何，或者绿色的圆的数量如何，前向注意力都能起作用。右边两个例

32、子中，仍然可以根据图中形状元素的曲率的区别（圆和正方形），从干扰元素中找到目标元素（圆），然而，当干扰元素增加后，视觉突出的效果会被削弱。l 前向注意力是人的一种无意识的信息积累和处理l 视觉突出效果使得人们对特殊对象的发现所需要的时间不会随着背景对象的数量变化而变化第 50 页竢实扬华，自强不息视觉通道第 51 页竢实扬华，自强不息4.视觉通道的特性（1）平面位置l 平面位置是唯一的既可以用于编码分类的数据属性，又可以用于编码定序或定量的数据属性的视觉通道。另外，对象在平面上的接近性也可以用于编码分组的数据属性l 由于可视化设计大多在二维空间，平面位置对于任何数据都非常有效，甚至是最有效的。

33、使用平面位置编码哪种数据属性是关键问题。l 水平位置和垂直位置属于平面位置的两个可以分离的视觉通道，当需要编码的数据属性是一维时，可以仅选择其一。也有研究指出，垂直位置会比水平位置具有略高的优先级。基于此，显示器的显示比例通常被设计成包含更多的水平像素，从而使水平方向的信息含量可以与垂直方向的信息含量相当。第 52 页竢实扬华，自强不息坐标轴使表示平面位置的一种标记。线性刻度对数刻度500强公司的总收入散点图4.视觉通道的特性（2）颜色l 颜色是最复杂的、也是可以编码大量数据信息的视觉通道之一。l 颜色分为亮度、饱和度和色调三个视觉通道。l 亮度和饱和度是定量或定序的视觉通道，色调属于定性的视

34、觉通道。l 颜色既是分类也是定量的视觉通道第 54 页03040102饱和度饱和度是另一个适合于编码有序数据的视觉通道。和亮度一样，饱和度识别的精确性也受到对比度效果的影响。配色方案在信息可视化设计中，配色方案关系到可视化结果的信息表达和美观性。配色方案需要考虑：可视化所面向的用户群体、可视化结果是否需要打印后复印，可视化本身的数据组成及属性。亮度亮度适合编码有序的数据，亮度通道的可辨性较小，一般情况下，在可视化中尽量使用少于6个不同的可辨的亮度层次。人们对于亮度的感知缺乏精确性。色调色调适合于编码分类的数据属性，并且也提供了分组编码的功能。色调和饱和度都面临与其他视觉通道相互影响的问题。4.

35、视觉通道的特性（2）颜色第 55 页竢实扬华，自强不息在实践中被广泛使用。在进行可视化设计的过程中，设计者还可以应用一些软件工具辅助配色方案的设计，如ColorBrewer配色系统和Adobe公司的Kuler配色系统。56第 56 页4.视觉通道的特性（3）尺寸l 尺寸是定量定序的视觉通道，因此适合编码有序的数据属性。l 长度是一维的尺寸，包括垂直尺寸（高度）和水平尺寸（宽度）。面积是二维的尺寸，体积则是三维的尺寸。l 由于高维的尺寸蕴涵了低维的尺寸，因此在可视化设计中应尽量避免同时使用两种不同维度的尺寸编码不同的数据属性。l 人们对于一维尺寸的判断是线性的，而对多维尺寸的判断随着维度的增加而

36、变得越来越不精确，因此可视化设计中使用一维的尺寸（高度或宽度）编码重要数据属性的值，例如柱状图。第 57 页竢实扬华，自强不息斜度是指在二维坐标轴平面中，方向和0度坐标轴的夹角（a）；而角度是指任意两条线段之间的夹角测量(b)。可用于分类或有序的数据属性的编码。斜度具有象限及角度值，在其定义域内非单调的，不存在严格的增或减的顺序。但在每一个象限，具有单调性，适合有序数据的编码。在相邻两个象限的中间（c）,斜度所指示的方向呈现中性的特征，可被用于编码数据的发散性（divergence）4.视觉通道的特性（4）斜度和角度abc第 58 页（5）形状视觉心理专家认为形状是人们通过前向注意力就能识别的

37、一些低阶视觉特征。形状与其他视觉通道也存在着较多的相互影响。一般情况下，形状属于定性的视觉通道，因此，仅适合编码分类的数据属性。图中用形状和颜色生动地呈现了世界各大城市的图标。4.视觉通道的特性图 形状和颜色被用于编码城市图标第 59 页竢实扬华，自强不息显示大量标识时，要尽量避免使用相似的形状。用不同的形状标识不同的车型可以迅速区分这些车的类别，观察它们的数据趋势，同时也可以看到一些特别的数据点。第 60 页竢实扬华，自强不息4.视觉通道的特性（6）纹理纹理是多种视觉变量的组合，包括形状（组成纹理的基本元素）、颜色（纹理中每个像素的颜色）和方向（纹理中形状和颜色的旋转变化）。点画图案在可视化

38、中比较常见。点画图案通常被用作区分类别型数据属性的编码方式，在二维空间的视觉通道上，点画图案与亮度视觉通道存在较为严重的影响。使用纹理来区分不同类型车所对应的数据点第 61 页竢实扬华，自强不息4.视觉通道的特性（7）动画计算机动画指由计算机生成的连续播放的静态图像所形成的动态效果的图画作品。动画的原理利用了人的生理上的视觉残留现象和人们趋向将连续类似的图像在大脑中组织起来的心理作用。以动画形式作为视觉通道包括了运动的方向、运动的速度和闪烁的频率等。运动的方向可以编码定性的数据属性，后两者通常用于编码定量的数据属性。动画的优势：突出可视化的视觉效果；动画与其他视觉通道具有天然的分离性；缺点：用户观察非动画的视觉通道可能会变得困难。