格式塔理論在數據可視化設計中的應用

繆冬昕 郁舒蘭

摘 要：在數據可視化的過程中，信息的傳達依賴受眾的視覺感知和認知能力。格式塔理論是研究人們在觀察時如何理解信息的心理學理論。格式塔理論的原則可以優化視覺圖形設計，使其更高效、美觀地傳達信息。本文以格式塔理論中的原則為指導，探究用戶的視覺感知和認知規律，討論格式塔理論在數據可視化設計中的應用方法。

關鍵詞：數據可視化;格式塔理論;視覺圖形

0 緒論

格式塔心理學是對視覺設計影響最大的理論之一。格式塔心理學起源于德國，后于美國發展壯大。“格式塔”源自德語，意為“整體，完整”，因此格式塔心理學也被稱為完形心理學。格式塔理論認為，人們在感知事物時是將其作為整體而非個體的相加。用戶所感知的整體不僅由每一個單體元素構成，而且與元素與元素之間的內在特性有關，并且，用戶會趨向于對事物進行內容簡化、有序化、完整化感知。

數據可視化是依賴用戶視覺感知和認知系統的信息傳達技術，數據經過可視化后轉變為更易于用戶理解的視覺符號。將格式塔理論中的原則應用于數據可視化中，可以優化數據的視覺編碼，使信息傳達更高效、準確、美觀、簡潔。本文通過對格式塔理論中不同原則的具體分析，探討格式塔理論在數據可視化設計中的應用方法。

1 圖形與背景

圖形與背景是兩個相輔相成的視覺元素，在一定條件下可以相互轉換。圖形相對突顯，背景相對后退，圖形是一張圖中的重點元素，圖形和背景的差異越大，就越能抓住用戶的注意力。因此，在同一張可視化圖表中，要盡量拉開背景與內容的關系，否則會造成用戶視覺感知上的混亂。另外，在可視化圖表中也可以利用這一原則引導用戶關注關鍵數據。例如，可以選用高飽和、高亮度且具有視覺張力的色彩如紅色、黃色等來表示關鍵數據，選用低飽和、低亮度且較為冷淡的顏色如藍色、綠色等來映射其他數據，讓其他數據后退為背景，襯托關鍵數據。

2 接近原則和相似原則

接近原則和相似原則主要用于對數據的分組，揭示數據與數據之間屬性上的差異。接近原則強調的是視覺元素空間距離上的屬性，距離較近的對象容易被劃分為一個整體。這一原則主要應用于信息層級的管理，當信息過多時，可以將同一主體的圖文信息之間的距離縮小，不同主題信息的間距拉大，使信息主題劃分一目了然，畫面簡潔有序。但是，使用接近原則時會受到許多限制，比如，在地理信息可視化中，視覺對象的地理位置由實際坐標決定，不能人為地決定視覺標記之間的距離。

相似原則是指人們根據對象視覺特征上的相似性進行感知分組，用戶通常會根據對象在顏色、形狀、紋理上的相似性決定分組。相似原則在使用上擁有更大的自由度和可辨認度，不受數據在空間距離屬性上的限制，是可視化設計中普遍使用的分組方法。需要注意的是，當一組數據有多個屬性類別時，針對同一對象利用相似原則分組的標記方法不宜過多，否則會降低相似原則的可辨認度，造成用戶視覺上的混亂。

3 連續原則和閉合原則

用戶在感知視覺對象時，更傾向于將多個離散的、不完整的、不閉合的對象結合作為完整的整體認知。連續原則和閉合原則就是這一理論的兩個具體方面。連續原則意為用戶會根據事物的邊界、運動趨勢，將不連續的事物認知為連續的整體。連續原則通常可見于散點圖中，用戶可將離散的點作為線理解，從而認知散點圖數據的規律與趨勢。如果數據點變化趨勢復雜，則會影響用戶的判斷力，設計者可以作一條擬合數值變化趨勢的輔助線，幫助人們理解。

閉合原則指的是用戶會將不完整、不閉合的圖形根據經驗進行組合感知，找到一個近似的匹配圖形，自動填補空缺，并將其理解為一個整體而忽略未閉合這一特征。在可視化設計中，可以將閉合原則應用于視覺的隱喻和象征的手法上。設計者只需要用視覺元素組成某一視覺形象的一部分，就可以向用戶傳達一個完整的視覺形象。

4 對稱原則

用戶的視覺感知和認知系統更喜歡有秩序的形狀，在識別事物時也更傾向于將物體識別為對稱體。對稱的圖形的平衡性、秩序性、穩定性可以給用戶帶來更好的視覺體驗。在可視化設計中，不用刻意使視覺對象完全對稱，只需要使其在畫面上對稱分布，就可以保證畫面整體的視覺平衡性。此外，當視覺對象以對稱的形式出現時，用戶會優先將成對的對稱圖形劃分為一組。也就是說，相較而言，對稱原則比接近原則更具有優先性。

5 結語

格式塔理論揭示了用戶的感覺和認知系統是解讀外界信息并重新編碼的過程，格式塔理論的核心思想是整體不等于部分之和，人們在認知事物時會自動將其簡化、完整化、有序化。因此，在設計可視化的視覺效果時，設計者不能將各個視覺對象割裂開來，而要從整體的角度出發，結合用戶在視覺感知上的經驗，讓一個畫面內的可視化元素和諧共存。此外，在運用格式塔理論時還要與可視化編碼的設計原則相結合，不能盲目堆砌使用，正確使用格式塔原理進行設計，才能讓用戶更好地解讀信息，使得數據可視化更加高效、準確、簡潔、美觀。

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作者簡介：繆冬昕（1997—），女，江蘇南京人，南京林業大學本科生，主要從事產品設計方面的實踐與研究。

通訊作者：郁舒蘭（1969—），女，南京林業大學教授，主要從事產品與信息交互設計方面的研究。