視覺元素在數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

陳志瑩，趙偉交

（河北工業(yè)大學(xué) 建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，天津 300401）

從工業(yè)4.0到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，再到智能制造2025，數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮洶涌而至。互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，使人們得以輕而易舉地獲取各類信息及數(shù)據(jù)，“大數(shù)據(jù)”迅速成為炙手可熱的話題。面對龐大的數(shù)據(jù)量，“數(shù)據(jù)可視化”便順勢成為備受關(guān)注的領(lǐng)域，如何將信息快速、準(zhǔn)確又具有美感地傳達(dá)給需求者也成為視覺傳達(dá)專業(yè)研究的熱門。視覺元素對數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)產(chǎn)生極大的影響，本文主要從視覺元素設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行簡要的探索與分析。

一、數(shù)據(jù)可視化簡述

紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)往往使讀者不知所措，數(shù)據(jù)可視化作為解決此問題的有效措施，將大數(shù)據(jù)以圖形化的視覺形式快速、精準(zhǔn)的進(jìn)行傳達(dá)，使復(fù)雜多樣的概念通俗易懂，最終目標(biāo)是能夠讓決策者快速地做出決策。數(shù)據(jù)可視化是當(dāng)下最直接、最簡單、最高效的信息獲取方式。在政務(wù)、零售、醫(yī)藥、化工與金屬、地產(chǎn)、租賃、互聯(lián)網(wǎng)、銀行金融、通信、交通等行業(yè)，都能看到數(shù)據(jù)可視化在扮演著重要角色。數(shù)據(jù)可視化平臺能夠滿足業(yè)務(wù)的多種需求，如監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、市場分析等，是企業(yè)工作的得力助手。何為可視化？數(shù)據(jù)、故事、設(shè)計(jì)相互融合即為可視化，數(shù)據(jù)可視化是科學(xué)與美學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。

二、視覺元素在數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)中的價(jià)值

大數(shù)據(jù)時(shí)代下的數(shù)據(jù)體量龐大，結(jié)構(gòu)形式多樣化，如何快速從海量數(shù)據(jù)中獲取有價(jià)值的信息，是數(shù)據(jù)應(yīng)用的重中之重，數(shù)據(jù)可視化是目前最直接、最簡單、最高效的獲取數(shù)據(jù)信息的方式。曾有相關(guān)機(jī)構(gòu)提出論證，人類用右腦記憶圖形的速度比用左腦記憶文字的速度快100萬倍，由此可見將原始數(shù)據(jù)圖形化、可視化的重要性。如果把原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，通過形狀圖形化、結(jié)合應(yīng)用場景形成故事板、針對人類識別閱讀習(xí)慣以布局、形狀、顏色加以修飾，從而把數(shù)據(jù)明確的、有效的、直觀地展現(xiàn)在用戶面前，那么用戶通過數(shù)據(jù)可視化進(jìn)行人機(jī)交互，能夠快速獲取數(shù)據(jù)要傳達(dá)的信息（圖1）。視覺元素設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的重要環(huán)節(jié)之一，每張數(shù)據(jù)可視化的作品都是由不同形態(tài)的視覺元素組成，視覺元素的巧妙運(yùn)用可驅(qū)使讀者的視覺感知，在可視化的視覺層次和視覺暗示中起到主導(dǎo)作用。具有視覺層次的圖表能夠輕而易舉地被讀懂，可將讀者的視覺范圍直接引向關(guān)注焦點(diǎn)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)易讀性。

三、視覺元素在數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

> 圖1

> 圖2

數(shù)據(jù)可視化要經(jīng)過分析數(shù)據(jù)、匹配圖形、優(yōu)化圖形、檢查測試的過程，視覺元素在優(yōu)化圖形的過程中起到?jīng)Q定性作用。數(shù)據(jù)可視化中的元素有數(shù)值、文字、圖形、坐標(biāo)軸四大要素，其中顏色、形狀、紋理、動效、尺寸、位置、方向等為輔助元素。通過視覺元素的設(shè)計(jì)協(xié)助數(shù)據(jù)更直觀地表達(dá)，進(jìn)而給讀者留下深刻的印象，視覺元素的加入豐富了數(shù)據(jù)可視化，為數(shù)據(jù)可視化作品建立了視覺層次，增強(qiáng)讀者的視覺感知，使可視化更具趣味性，具有獨(dú)特的鮮明性會更容易讓讀者身臨其境。以下就從文字、圖形、色彩這三點(diǎn)著手，將數(shù)據(jù)可視化中視覺元素的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

（一）文字

文字是數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)中的重要組成部分，文字的使用能夠增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可讀性，有著注解可視化的作用，文字在可視化中主要有兩大功能，一是呈現(xiàn)主題，二是輔助說明。文字使用中需要建立視覺層次，如文字應(yīng)用在主題呈現(xiàn)時(shí)，主題也會有子標(biāo)題和二級子標(biāo)題的存在，根據(jù)文字的主次關(guān)系，需要在形態(tài)上對不同的文字進(jìn)行視覺表現(xiàn)，進(jìn)而給讀者以視覺暗示。信息得到關(guān)注度的強(qiáng)弱，取決于對其屬性的把控，字體、大小、位置、顏色、方向都是決定視覺層次的關(guān)鍵點(diǎn)，應(yīng)以增強(qiáng)可讀性為主要目標(biāo)。

易讀性是字體選取的基本原則，數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)并非純屬為了美感而存在的設(shè)計(jì)，其最終目的是快速傳達(dá)與交流。要想提升易讀性就要對字體的字號、行高、間距、方向等仔細(xì)斟酌，禁用一些藝術(shù)字體，保持字體端正，文字的方向傾斜會造成視覺障礙（圖2），在數(shù)據(jù)分類較多時(shí)，為了在有限的范圍內(nèi)呈現(xiàn)多分類數(shù)據(jù)，就會將坐標(biāo)軸中的數(shù)據(jù)類別名稱方向傾斜，顯而易見，被旋轉(zhuǎn)了文字方向后，明顯降低了易讀性，所以在文字的字體及屬性的選取上，保持文字的易讀性尤為重要。

（二）圖形

數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)中的圖形可以理解為圖表，匹配合適的圖表是可視化的基礎(chǔ)，某開源平臺提供了上百種圖表，將圖表分為比較、分布、流程、占比、區(qū)間、關(guān)聯(lián)、趨勢、時(shí)間和地圖九大類，每個圖表都有各自的特性和適用場景，根據(jù)數(shù)據(jù)選取合適的圖表是值得深思熟慮的環(huán)節(jié)。圖表選擇不合理會降低數(shù)據(jù)易讀性，例如圖3為數(shù)據(jù)比較類圖表，圖中分別為餅圖和堆積柱狀圖，兩者同時(shí)呈現(xiàn)兩城市的男女比例對比圖，顯而易見，相對于餅圖，堆積柱狀圖在視覺上更易比較數(shù)據(jù)分布。所以要想快速地傳達(dá)數(shù)據(jù)信息，選好合適的圖表將事半功倍。

每個圖表都有各自的特性，適用的數(shù)據(jù)范圍、數(shù)據(jù)條數(shù)及功能都具有差異性，如餅圖的主要特點(diǎn)是表示不同分類的占比情況，通過弧度大小將所有分類進(jìn)行對比，其主要的優(yōu)點(diǎn)就是幫助用戶快速了解數(shù)據(jù)的占比分配，其缺點(diǎn)是不適用于多分類的數(shù)據(jù)，原則上它的使用數(shù)據(jù)條數(shù)僅限9條為最佳視覺范圍，如果分類較多且占比差距不明顯的場景下，數(shù)據(jù)易讀性極差（圖4），每個切片都會變小，導(dǎo)致大小區(qū)分不明顯。當(dāng)數(shù)據(jù)分類大于9，小于等于15時(shí)，可以選擇豎向柱狀圖取而代之，當(dāng)大于15時(shí)選擇橫向柱狀圖為最佳視覺效果。所以在數(shù)據(jù)可視中圖表的選取是數(shù)據(jù)可視化的基石，只要熟知各類圖表的使用場景，才能匹配到合適的圖表，增強(qiáng)原始數(shù)據(jù)的易讀性。

（三）色彩

在數(shù)據(jù)可視化的視覺設(shè)計(jì)中，色彩是常被忽視的一部分，然而，在可視化中，合理的運(yùn)用色彩不僅能夠使可視化作品的呈現(xiàn)形式更加豐富多彩，更有利于加速讀者對數(shù)據(jù)的認(rèn)知，顏色是人的視覺系統(tǒng)對所接收到的光信號的一種主觀的視覺感知。在可視化的色彩視覺元素設(shè)計(jì)中，常被使用到的表現(xiàn)方法有：色相對比、明度對比、純度對比、面積對比。通過不同的表現(xiàn)方法能夠使重點(diǎn)數(shù)據(jù)高亮顯示，增強(qiáng)焦點(diǎn)數(shù)據(jù)的突顯性及易讀性，讓讀者快速感知到數(shù)據(jù)之間的差異性。色彩在可視化中有著舉足輕重的作用，色彩運(yùn)用中稍有疏忽就會影響到整體的效果，那如何才能使色彩元素的作用發(fā)揮得恰到好處呢？

首先，在設(shè)計(jì)過程中要熟知色彩本身的特性，譬如色相、飽和度、明度、形狀、色彩面積及色彩搭配關(guān)系。其次，色彩數(shù)量選取上不宜過多，一般情況下，相同的時(shí)間和場景，以及色彩亮度和飽和度不變的前提下，色彩數(shù)量保持在7種以內(nèi)為最佳選擇，否則，會給讀者造成視覺混亂，無法協(xié)助讀者快速感知重要數(shù)據(jù)，造成極差的用戶體驗(yàn)。最后，合理運(yùn)用與可視化主題相關(guān)的色彩，運(yùn)用與主題相關(guān)的色彩來呈現(xiàn)數(shù)據(jù)可以迅速地使讀者產(chǎn)生聯(lián)想，有助于加速讀者對數(shù)據(jù)圖形的認(rèn)知，如詹姆斯?jié)h森和他的同事曾一起研究的北半球夏季氣溫趨勢圖（圖5），數(shù)據(jù)可視化的主題是呈現(xiàn)夏季氣溫的趨勢，圖表利用色彩的冷暖色區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)之間的差異性，用藍(lán)色、桔紅色、紅色分別來表示氣溫的冷熱程度，此顏色的運(yùn)用不僅符合主題，還符合人類對色彩的視覺感知習(xí)慣，能夠讓讀者迅速產(chǎn)生聯(lián)想，并獲取到圖表的含義。

四、數(shù)據(jù)可視化中視覺元素設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

第一，權(quán)衡數(shù)據(jù)與視覺元素的關(guān)系。可視化并不是僅停留在視覺層面的藝術(shù)作品，優(yōu)秀的可視化作品需要數(shù)據(jù)和功能的支撐，即便是精心打造的視覺盛宴也不能夠挽救數(shù)據(jù)和功能差的缺陷，沒有權(quán)衡好功能與視覺形態(tài)之間的關(guān)系，可視化作品就只是好看而已，并不具備任何的實(shí)用價(jià)值，反之，沒有視覺形態(tài)，可視化也只是軟件輸出內(nèi)容。成功的可視化作品中兩者缺一不可。

> 圖3

> 圖4

> 圖5

第二，確保可視化數(shù)據(jù)的合理性。可視化的精髓在于理解數(shù)據(jù)中的關(guān)系和模式，當(dāng)沒有數(shù)據(jù)時(shí)，硬編數(shù)據(jù)是錯誤的。可視化作為一種視覺語言，要與讀者之間建立溝通，良好的溝通取決于所表達(dá)的內(nèi)容是否為用戶真實(shí)訴求，任何可視化作品都是以用戶為中心的設(shè)計(jì)。所以，在做可視化設(shè)計(jì)之前要清楚地認(rèn)識到為什么做，講述什么故事，以及傾訴者是誰，數(shù)據(jù)合理、邏輯清晰才能為讀者提供有用、合適、高效的數(shù)據(jù)服務(wù)。

第三，對新穎圖表慎重考慮。條形圖、餅圖、折線圖、氣泡圖為生活中常被使用到的圖表，傳統(tǒng)的圖表類型總會被設(shè)計(jì)者認(rèn)為不能吸引讀者的眼球，總是想嘗試一些新穎的圖表來增添趣味性，然而，這種思維失去了數(shù)據(jù)可視化的最終目標(biāo)，因此，掌握好功能和創(chuàng)新性之間的平衡十分重要，為了新穎而新穎的圖表會讓讀者難以獲取信息。

五、結(jié)語

如果說計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷突破是大數(shù)據(jù)時(shí)代的基石，那么數(shù)據(jù)可視化的出現(xiàn)就是大數(shù)據(jù)時(shí)代的靈魂。將枯燥的數(shù)據(jù)組織在一起并串成故事線，進(jìn)而提供給用戶最具有價(jià)值的數(shù)據(jù)服務(wù)，是數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)的魅力所在。數(shù)據(jù)可視化作為一種視覺語言，不斷地與用戶進(jìn)行溝通交流，并將冗余的海量數(shù)據(jù)層層篩選，化繁為簡，展現(xiàn)其精華。而視覺元素設(shè)計(jì)使數(shù)據(jù)可視化更加豐富多彩，對其的發(fā)展起到了極大的推動作用。作為可視化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)者，首先要權(quán)衡好功能和形態(tài)的關(guān)系，太過于追求視覺元素的表現(xiàn)，會出現(xiàn)華而不實(shí)的設(shè)計(jì)作品；太注重對原數(shù)據(jù)的理性表達(dá)，又會讓設(shè)計(jì)枯燥無味。視覺元素會使圖表更加生動有趣，更能夠吸引住讀者的眼球并使讀者快速產(chǎn)生聯(lián)想。設(shè)計(jì)者們要合理運(yùn)用視覺元素進(jìn)行設(shè)計(jì)，掌握好視覺層次，牢記數(shù)據(jù)可視化核心概念——將有用、合適的大數(shù)據(jù)快速、精準(zhǔn)地傳達(dá)給用戶，提供高效的數(shù)據(jù)服務(wù)。■