虛擬現實技術為可視化提供的方向與可能性

劉沛 河南工業大學設計藝術學院

一、可視化與信息可視化

1、可視化與信息可視化的關系

“可視化”作為一個術語出現在生活生產與研究中只是近三十年的事，而廣義的“可視化”作為一個過程卻是自人類誕生以來始終存在的，格式塔心理學人所認識的世界是物理空間通過感官刺激在人的認知空間映射出的知覺結果，而這一映射過程可以被稱為廣義的可視化。奧地利社會科學家奧圖?紐拉特提出伊索視覺識別體系，系統使用簡化的圖像向普通大眾傳達社會公共信息，正式開啟了狹義可視化的大門，即用視覺圖像結合語境傳遞信息的技術。

信息可視化作為數據可視化的一個重要分支，更傾向于觀察者，具有更具象更主觀的特，主要解決的問題是如何與信息源進行對話具有交互性。信息的功能是反映事物內部屬性、結構、狀態、相互聯系以及與外部環境的互動關系，因此信息可視化在客觀呈現數據之外，還應表現數據之間、數據與用戶之間的相互關系以及數據的發展趨勢以更主動地幫助用戶做出決策。

2、知覺的客觀性與時效性對可視化設計的要求

決策是對信息的搜集、加工、選擇及判斷得出結論的過程。可視化設計要求對決策的各階段提供增益。科學高效的決策有賴于知覺建立的客觀性與時效性。學界起初存在的關于信息可視化設計視覺表現力與信息傳遞效能的爭論。從信息交互的視角來看，表現力與可用性并稱為信息可視化的一體兩面，形式與內容應該理解成共生的整體。

二、虛擬現實技術特征為可視化提供的可能性

1、虛擬現實的沉浸性助力營造心流提高觀測效率與體驗

虛擬現實的沉浸感定義為參與者可以全身心沉浸于計算機生成的三維虛擬環境中。這里的身心可以認為就是生理感官的沉浸與心理認知的沉浸。生理感官的沉浸感又稱為臨場感，即用戶作為參與者存在于模擬環境中的真實程度，在感覺運動空間中存在的戲劇的舞臺、熒幕的邊緣與設備的邊框就限制了統一的認知空間的產生，形成了感官噪點限制了沉浸感。心理認知的沉浸感則可認為是是讓人專注于當前的目標（該目標通常由設計者設計）情境下感到精神上的愉悅和滿足，從而忘記真實世界的情境，也就是心流狀態。心流營造在娛樂尤其是游戲領域是十分常用的手段，其建立條件為目的明確、交互反饋、能力與挑戰匹配、行動與知覺融合、注意力集中以及對活動由主控感。建立心流的常用方法可以借用威廉?立德維爾通用設計法則中的最省力法則，通過降低認知阻力與降低運動阻力來實現。普遍認為感官體驗的沉浸與認知體驗的沉浸共同作用可帶來最佳效果。虛擬現實技術通過HMD實現封閉式感官沉浸，借助手持設備、體感捕捉甚至眼動捕捉等自然交互手段，虛擬現實的交互反饋、行動知覺融合都可以幫助用戶營造心流狀態。沉浸性是虛擬現實的核心特征，在檢測作業中，沉浸感將主力觀察者營造心流狀態，從而提高數據觀測與信息交互的效率，同時優化作業體驗。

2、 虛擬現實的構想性實現數據深層次規律挖掘

虛擬現實的構想性是指參與者在虛擬環境中可以激發想象，或者可以構想未來世界和歷史世界。由前文中提到的認知空間理論可知，感知空間只是在感覺運動空間中的刺激形成的碎片，而經由人腦加工聯想所形成的認知空間會完整得多。在虛擬世界中根據所獲取的多種信息和自身在系統中的行為，通過邏輯判斷、推理和聯想等思維過程，隨著系統的運行狀態變化對系統運動的未來進展進行想象，以獲取更多的知識，認識復雜系統深層次的運動機理和規律性。

虛擬現實的構想性是沉浸感建立地重要條件，而構想性的建立則要求感官的刺激盡可能與人的記憶經驗相吻合。數據挖掘使數據可視化的一個重要功能，觀察者往往需要根據數據發掘其背后的發展規律以求的到更深層的系統運行機理，虛擬現實技術可以運用仿真景象等更加自然的信息形式來進行交互，降低認知阻力給觀察者提供更易于辨識的完整形象，助力邏輯推理和頓悟聯想思維活動從而提高人們認知、處理、分析復雜數據的能力和效率，達到可視化目的。

3、 虛擬現實的交互性助力構建信息思維模式

傳統的單向靜態信息所能承載的是反映事物物質性的，物質性又通常局限于所觀察的尺度與所觀察的參照背景從而表現出一種相對不變性。對事物本質的把握決定了認知的客觀性，可視化的目的就是在建立認知的前提下協助決策。在認知的主客體之間的唯一渠道就是信息，信息和思維認知是緊密相連的，二者共同作用缺一不可。信息思維方式強調從現存事物的要素結構關系模式中把握事物的本質、特點和屬性，并以此為信息載體洞悉事物的歷史狀態、現實關系及發展趨向。

交互技術使數據不再是以物質性的方式存在并獨立表現意義，而是與其他數據交互聯系，自組織成以關系性存在的大數據形式展示給人。人機交互技術將認知的主體與客體間的信息渠道改變為雙向，使得人可以在獲取信息的過程中發揮出更多的主動性。觀察者將可以較為自由地變換角度，從而對事物的結構、關系模式、演化程序過程建立更加客觀的認知，并運用信息思維把握事物的歷史狀態、現實關系與發展趨勢。信息獲取的過程在信息交互中，信息觀察者與數據展示控制之間的交互被稱之為人機交互。人機交互技術現今已經發展到了人與機器相互關系的領域。虛擬現實能夠用比文字、符號、圖像更為自然的全息景象作為信息輸出模式，我們對自己所處的空間的感知力受到本能的加成，使我們可以突破自然能力來處理特殊信息。體感交互與人工智能語言識別使我們可以通過手勢和語言完成輸入，這也使信息交互更加自然。。虛擬現實技術的可視化將我們帶入一個看得見摸得著的數據世界，通過觀察物質理解數據的思維方式將向通過觀察數據關系理解事物的本質、特點、屬性轉變，信息思維由此得以建立。