基于實時化信息展現的物理可視化應用探析

摘 要：作為信息可視化的一個分支，物理可視化是信息在三維物質上的展現，實時的物理可視化在信息的接收與呈現上保持即時性，本文將探討實時化的呈現對于物理可視化在信息的設計表達方式上的應用特點。

關鍵詞：物理可視化；實時化；信息可視化；交互

物理可視化（Physical Interaction）的提出是基于信息可視化（Information Visualization）的。信息是我們設計的對象，可視化是我們的設計方式，信息可以被轉化為平面二維形態或者物理三維形態，信息可視化有時也被稱為信息設計（Information Design）。但“可視化”更能體現設計信息的目的與方法，有學者將“可視化”定義為“支持計算機、交互式的數據可視化表達并放大感知的一種應用”。[1]在今天看來，這個定義范圍未免稍顯狹窄，可視化不一定必須有計算機及交互的支持，而數據的范圍也并不僅限于數字化的體現，它是多種信息的集合。西班牙設計師Joan·Costa的說法能更廣泛地說明可視化的本質：“讓一些現象或者現實可見并且易懂；這些現象大多是肉眼觀察不到的，有些甚至不具備可見性。”[2]由此可見，可視化的核心是重新定義數據并轉化，這些數據包括不可觀察到的現象，轉化的方法并不一定基于計算機實現。可視化可以包含廣泛的設計信息的范圍，而物理可視化是信息可視化在媒介上的分支。

到今天，信息可視化已有逾百年的歷史，但其名稱至今仍沒有統一。究其根本，是因為信息可視化實在是一個龐大的學科，它的內容與邊界一直在不斷地擴展之中。設計學科普遍具有擴展性，如平面設計，更早還被稱為“裝潢設計”，而現今基本已被稱之為“視覺傳達設計”。這其中很重要的原因就是“平面”二字已經不能涵蓋其學科內容，而“裝潢”二字的涵蓋面更是狹窄，平面設計早已不再局限于平面，“視覺傳達”能夠更好地涵蓋其內容。縱觀所有的設計類學科，信息可視化拓展得尤為迅速——從18世紀末現代信息可視化從統計學被分出來，到今天數據物理可視化（Data Physicalization）開始嶄露頭角。除了觀念之外，技術也發揮了很大的作用，Arduino和Processing等可視化編程軟件讓藝術家和設計師也能以編程語言創作交互作品，而實時的信息可視化能讓設計更多地直接參與到社會中去。信息可視化是一個工具，信息不僅可以轉化為圖像，也可轉化為屏幕動態圖像及交互圖像，甚至物理形態的裝置。

1 由二維發展到三維的信息可視化

信息可視化具有廣泛的跨學科性，它包含從靜態到動態到交互等一系列跨學科內容，被Matthias·Shapiro稱為“怪獸”，因為很少有學科需要從事者具備這么多的技能，[3]很多行業中的頂尖者也只是專長于其中某一分支。信息可視化按呈現媒介來分，有靜態的信息可視化，或稱為信息圖表（Infographic），還有動態信息可視化，或稱為動態信息影像設計（Motion Infographic），以及交互信息可視化，比如數據可視化（Data Visualization），或者數據物理可視化，基于物質的數據可視化，一種新的可視化展示媒介與方式。

從靜態到動態到交互再到物理交互的發展，也是一個從二維到三維的發展，在物理交互越來越普及的今天，物理可視化的出現是一個自然的過程。人類對于圖像的應用有相當長的歷史，從18世紀末William·Playfair在統計學中用圖表來呈現數據信息時，現代信息圖表的發展就開始了。在之后的一百多年間，信息圖表開始漸漸完善并被用到了社會的各個領域。1940年ISOTYPE由創造，它的產生有很強的社會背景，奧托紐拉斯希望創造一種跨國界通用的視覺語言，用圖像來傳播知識。其遠大的理想至今令人欽佩，而且也收到了一定的效果。1945年奧托紐拉斯去世，1946年，世界上第一臺電子計算機在美國賓夕法尼亞大學誕生，一直到1975年Apple I誕生。而同樣在70年代，“信息設計”這一術語也被提出，信息設計與計算機技術一同進入了高速發展期。1983年APPLE LISA成為了第一臺使用圖形用戶界面的電腦，有了用戶圖形界面，電腦終于成為大眾消費品，也成為了設計師的設計利器，信息圖表作品開始海量出現，90年代，各個報社開始成立圖表編輯部，比如《紐約時報》（The New York Times），尤其在當時出現了彩色紙張之后，信息圖表逐漸成為了報道新聞不可或缺的一部分。其中有相當一段時間，基于計算機的圖表只是紙面圖表的翻版，但計算機技術的發展使數據可視化開始發揮其交互本質，同時動態視頻技術的發展也讓動態信息影像設計初現端倪。近年來，物理交互的出現讓信息可視化又有了新的媒體延伸，數據物理可視化（Data Physicalization）的名稱已經先于其范圍與定義而出現，物理可視化是信息可視化在媒介上的分支，數據物理可視化可以被認為是基于計算機編程的物理信息可視化展現。它的實現方式是基于編程的，可以被視為是物理可視化中的一個分支，物理可視化是數據在物理實質之上的展現。

2 數據信息在物理可視化中的實時呈現

實時信息可視化，從字面上理解是一種即時的信息呈現，在收集信息的過程中同步呈現。這與二維的信息可視化設計過程有很多的不同，因為信息不是預先采集得知的，所以也就不能在呈現前進行處理，收集的過程也就成為了呈現的結果，而物理化的展現方式使得實時收集的信息在空間中得以匯聚、放大。

信息可視化是對數據的多媒體再現，無論是圖表、編碼還是物理實體，跨媒體的出現是為了讓信息能夠得到更好更精準的呈現。對待信息源數據一般有兩種方式，一種是先尋找數據，從數據中入手確定主題，很多數據可視化設計師運用這種方法從大量數據中尋找可以運用的素材充實主題。另一種方式是先確定主題，再去尋找定義主題的各種數據，這種方式一般在新聞類圖表中運用較多，由于新聞主題的明確性，無論是實事新聞還是主題報道，這些圖表設計師們都必須竭盡全力地挖掘數據。比如《國家地理》的團隊們會為了一個主題實地考察、拜訪專家、制作模型、進行精確計算，耗時長達數月甚至一年。這些預先準備，與實時信息可視化相比會有很多不同，其不再是對于數據的收集與處理。因為數據是實時獲得的，所以設計者要設計的其實是一個恰當的數據容器，能滿足項目的數據呈現，同時也要能準確表達主題。

在設計中，形式應該符合內容，通過恰當的物理化實時展現的形式，就算是簡單的數據也會讓內容得到充分的展現。比如2012年的美國總統大選，最后的投票統計進程在帝國大廈上以紅藍兩色天線燈光的方式得以呈現，兩種顏色各自對應兩個黨派。隨著各州票數的陸續開出，天線顏色的長度也實時地隨之變化。這個紐約的地標性建筑，讓民眾在大街上遠遠地就能一眼看出當前兩黨競選的狀況。從可視化的展現方式來看，雖然這就是一個普通的柱狀圖，兩黨以紅藍兩色來代表，紅藍兩柱的高低代表了得到票數的多少，但試想一下，如果這個結果以圖表的方式印在第二天的報紙上，或者僅僅在網站上以實時播報的方式呈現這個“柱狀圖”，其效果都會差得太多。物質本身就具有紙面或者平面不可比的力量，在這個項目中尤其如此。總統大選結果可以說是美國人民最關注的事件之一，這種方式讓大家可以從城市的各個角度看到競選的實況，看到這個激動人心的時刻。正因為它的物理化以及實時呈現，它的社會效應與影響力已經遠大于它的設計本身。從另一個角度看，雖然呈現的數據簡單，但這是一個非常恰當的數據容器，無論是形式內容還是功能都得到了完美的展現。

3 基于物理化展現的實時信息可視化應用特點

社會是個復雜的結構，對設計的需求也是復雜的。[4]信息可視化的出現就是為了應對這個復雜的世界，用可視化的方式將社會的復雜以另一種形式呈現在我們眼前，為我們解決疑惑，或者提出新的問題。實時的物理可視化需要設計的是一個信息容器，它的特點是具有交互性。交互（Interaction）的本質是行動與反饋，行動是信息的投入，[5]在容器中發酵，生成新的表現形式，它要求行動之后的反饋是即時的。例如，傳統的水銀溫度計就是一個實時的物理可視化設計，當我們把溫度計放入被測溫點，就是行動的開始，然后間隔一定時間取出，溫度計中的水銀柱會上升到相應的被測溫點的溫度之處，這個就是對于行動的反饋，而且是即時發生的。水銀柱的上升是因為溫度影響了水銀的物理特性而發生的，所以交互的發生反饋并不一定需要計算機編程，它也可以是低技術完成，比如西班牙工作室Domestic Data Streamers，該工作室的項目特點就是在一個空間環境中收集數據來研究人的行為模式，比如他們的項目“黃金時代”（Golden Age）（見圖2），這個街頭裝置是一個圖像型的圖表，但它的展現是物理化的。設計師切割了一批真實的圓木木塊，讓所有經過的人可以自由參與，木塊可以被放置到一個四方形的木框之中，木框兩邊有刻度，所有可放置的點已經被預留出，其中橫軸代表人們現在的年齡，縱軸代表人們所希望擁有的年齡，從最后的結果可以讀出多層的含義，從真實參與的結果來看，人們還是傾向于希望處在自己所處的年紀的，兩個值基本呈正比。相對來說在年輕人群中兩個值的波動較大，而年長者則趨于安穩，整體來看整個人群的希望年齡還是趨于年輕化的。這個裝置也適合在不同的地區、不同的城市放置，來研究每個城市的人們對于自己所處年紀的思考，因為它所呈現的是每個城市不同人群的基本狀態。

低技術化實現在一定程度上可以說是信息圖表的物理化實現，但與歷史上眾多的信息雕塑所不同的是，該工作室強調參與性，并且是隨機自由參與，從參與人群中獲取數據，而不僅僅是靜態二維信息圖的物理翻版。這個模式注重的是即時參與的活動過程，在呈現方式上它具有一定的局限性。計算機編程在創作的層面上提供了更加豐富的可能性，可視化軟件Processing和Aduino的出現為藝術家與設計師提供了自主編程的工具。一直以來藝術設計與編程被認為是格格不入的，他們被認為是左右兩個大腦，互不相同且互不相通，但Processing以及Arduino免費、開源，關鍵是非常易學，迅速成為了設計者和藝術家的得力工具。同時，一些很好的想法也為社會解決了許多問題。例如，在設計師的設計之下，闖紅燈的問題有了更有意思的解決方法，即用實時化的物理可視化裝置去解決問題。圖3是奔馳聯合廣告公司BBDO德國在里斯本街頭設置的互動裝置“舞蹈交通燈”（The Dancing Traffic Light）（見圖3），它將舞蹈與紅綠燈中的等待小人結合起來，讓等紅燈的過程變得更加有趣，信息的接收裝置放置在街頭紅綠燈不遠的廣場里，人們可以走進動作捕捉室——一個密閉的空間，等待屏幕的提示開始跳舞，此時攝像機會將舞者的動作捕捉下來，這是數據收集的過程；再轉換成為紅綠燈屏幕上的紅色像素小人，所有在路口等待的人都會看到，這是物理可視化的呈現部分，整個過程都是實時發生的，跳舞的人也可以從屏幕當中看到自己的舞姿在等待紅綠燈中呈現的樣子。而結果顯示，由于這個充滿歡樂的裝置，超過81%的人都在這個紅燈前停下了腳步駐足觀看，有效地解決了闖紅燈的問題。

4 結語

設計服務社會，同時也改變社會，奧托紐拉斯在1940年創造ISOTYPE體系是為了改變這個社會，希望形成一種跨國界通用的可視化語言。在他去世后，他的妻子繼續著奧托的事業，用可視化語言教育著孩子們。可視化是一種具有改變世界的潛能的語言，而物理可視化無疑是更為強大的創作工具，以物質直接作用于社會、作用于人，實時的物理可視化拉近了人們與可視化的距離，讓人人都能即時地參與其中。隨著技術的發展，相信物理可視化會有更大的發展。MIT實驗室基于processing研發了可以傳感數據的膠帶，[6]可以想象未來的數據輸入與輸出方式將會有更多的變革，物質的輸入方式將更加多樣化，物理可視化也會有更多的創作可能性。

參考文獻：

[1] Stuart K.Card，Jock D.Mackinlay，Ben Shneiderman.Readings in Information Visualization：Using Vision to Think[M] . San Francisco： Morgan Kauffmann，1999：6.

[2] Alberto Cairo.不只是美：信息圖表設計原理與經典案例[M].羅輝，李麗華，譯.北京：人民郵電出版社，2015：14-19.

[3] Julie Steele，Noah Lliinsky.數據可視化之美[M].祝洪凱，李妹芳，譯.北京：機械工業出版社，2011：19.

[4] 李德庚，蔣華，羅怡.平面設計死了嗎？[M].北京：文化藝術出版社，2011：87.

[5] 辛向陽.交互設計：從物理邏輯到行為邏輯[J].裝飾，2015（1）：58-62.

[6] Artem Dementyev，Hsin-Liu（Cindy）Kao，Joseph A.Paradiso.SensorTape：Modular and Programmable 3D-Aware DenseSensor Network on a Tape[A] . UIST15 Proceedings of the 28th Annual ACM Symposium on User Interface Software&Technology[C] . ACM Press，2015：649-658.

作者簡介：余飛，研究生，畢業于中央美術學院，就職于杭州電子科技大學數字媒體與藝術學院，研究方向：用戶體驗及信息交互設計。