淺析在信息設計中玫瑰圖相對餅圖在突顯數據差異上的優(yōu)勢

嵇 亮，朱啟文，胡正東

（南京信息職業(yè)技術學院 江蘇 南京 210000）

1 引言

信息（Information）指人類社會傳播的一切內容。人們通過獲得、識別自然界和社會的不同信息來區(qū)別事物，得以認識和改造世界。信息爆炸的時代，信息量以幾何級增長。其增長的速度遠比人類接受、理解的速度快得多，而現代通信、傳播技術的發(fā)展，又大大提高了信息傳播的速度、廣度。在此情形下，平面設計師如何更準確有效地組織、整理、轉化、呈現信息就變得尤為重要，信息應當被設計。

2 信息設計概述

信息設計是在信息化社會的大背景下被提出來并日益受到重視的，是近幾十年來信息技術領域一個引人矚目的新興研究熱點。信息社會和以往工業(yè)社會不同，設計人員所面臨的不再僅僅是有形的實體產品的設計和創(chuàng)造，而是要更多地解決海量的、無處不在的、以數字或其他形式存在的無形信息的設計問題。當代信息設計學科具有跨學科與綜合性的突出特點[1]。信息設計、數據可視化在21世紀的重要性就如同攝影、攝像在20世紀的地位[2]。

需要注意的是，信息設計不是純粹的美學設計，它與客觀數據、信息強相關，此類數據包含但不僅限于以下：以時間發(fā)展為序的時序性信息；表達空間的空間關系信息；表達流程的推導性信息；表達組織結構的系統(tǒng)組織性信息；表達數據關聯的關聯性信息等。在信息設計中，設計形式不以美觀為唯一訴求，而更加強調客觀性、功能性，即“形式跟從功能”，主張美感來自功能，其他多余的裝飾都不存在[3]。正如現代主義設計大師馬西莫·維涅里所言：色條與虛張聲勢的色塊毫無理由地鋪陳，占據了視野[4]。

信息設計的主要功能包括：使簡單的信息更易被受眾接受；使復雜的數據變得清晰、易懂；將復雜的數據梳理成有條理的信息傳遞給不同要求的受眾；將不同學科的專業(yè)信息運用視覺進行傳譯，消除不同專業(yè)之間的理解困難；使分散的數據信息變得集中，以便更好地理解信息在系統(tǒng)中的位置；將理性的信息轉化為“感官教育”的方式傳遞給更多的受眾；將數據中不可見的深層內容通過視覺化的方式展現出來，便于尋找問題及原因；無論對于商業(yè)還是學術研究，信息設計都是很好的規(guī)劃平臺；它亦是一種有效的設計教育、研究問題的方式，讓學習變得更有邏輯性。

始于20世紀20年代的依索體系運動，是現代信息設計的源頭。隨著現代主義設計運動的興起，平面設計領域開始提倡設計的視覺傳達功能，提倡設計能夠跨種族跨國界地被理解，在此追求的引領下，設計師就要創(chuàng)造一種無需文字的“世界視覺語言”，強調利用圖形，而不是利用文字傳達觀念，使文化水平低下的社會大眾也能夠理解設計傳達的含義[5]。其中經典設計案例之一是維也納頒布的人口數據文件，其中出生率利用睡在搖籃中的孩子的圖形代表，死亡率用帶有十字架的黑色方塊來代表，而無需僅僅采用乏味的數字，見圖1。

圖1 維也納頒布的人口數據

在信息設計中，信息圖表是重要的設計呈現手段，它是信息、數據、知識等的視覺化表達，通常以統(tǒng)計圖表、流程圖、對比圖等形式呈現。信息圖表通常用于將復雜信息高效、清晰地傳遞。信息圖表在計算機科學、數學以及統(tǒng)計學領域有廣泛應用，以優(yōu)化信息的傳播。人類80%以上的信息來源于視覺，人類大腦對于圖形更加容易接受，所以信息圖表更能高效、直觀、清晰地傳遞信息。

3 信息圖表之餅圖與玫瑰圖

3.1 餅圖

“餅圖”也被稱為“圓圖”，將圓形統(tǒng)計圖分為扇區(qū)，以說明數字問題，每個扇形都表示在整體中所占的比例。在表達某事物的組成部分時，適用餅圖。

餅圖可以追溯到1801年，當時William Playfair出版了《統(tǒng)計簡略圖》。今天常用的餅圖本質上和200多年前一樣。餅圖被分割成與所代表的數據成正比的扇形，不同的扇形用不同的顏色區(qū)分。雖然今天餅圖被廣泛使用，但在當時餅圖沒有立即被采用。William Playfair出版后，直到1858年法國工程師Charles Joseph Minard開始使用餅圖來代表數據維度時，我們熟悉的餅圖才再次出現。

現今，餅圖有很多變體，包括極坐標圖、徑向圖、爆炸餅圖、3D餅圖和甜甜圈圖等等。然而，最常見的仍然是這些早期示例中描述的簡單餅圖。

3.2 玫瑰圖

玫瑰圖又名南丁格爾玫瑰圖（Nightingale rose diagram）、雞冠花圖（Coxcomb Chart）或極坐標圖表（Polar area diagram）。它將柱狀圖轉化為餅圖形式，但與餅圖又有本質區(qū)別，它是極坐標化的直方圖，使用扇形半徑表示數據大小，各扇形角度保持一致。其原理是將極坐標平面分為若干等角扇形，根據數據不同，將數值對應到各個扇形的半徑上，把相應的扇形區(qū)域進行填充，使不同大小的扇形區(qū)域構成一片片“花瓣”，玫瑰圖之名由此而來，見圖2。

圖2 玫瑰圖

3.2.1 玫瑰圖的歷史

南丁格爾不僅是家喻戶曉的護士、現代護理學的先驅，也是一位統(tǒng)計圖形領域的先驅，是英國皇家統(tǒng)計學會的第一位女性成員。19世紀50年代克里米亞戰(zhàn)爭爆發(fā)，南丁格爾作為隨行醫(yī)護人員到達位于土耳其的英國醫(yī)院，她發(fā)現戰(zhàn)地醫(yī)院衛(wèi)生條件極差，且傷士死亡率高達42%。南丁格爾認為這可能與糟糕的戰(zhàn)地醫(yī)院衛(wèi)生條件相關，她認為政府應該改善戰(zhàn)地醫(yī)療條件來拯救更多的生命。隨后她決定向國家上層機關提交申請，解決問題。

出于對申請報告可能會被忽視的疑慮，她把統(tǒng)計圖表做成了一種彩色的圓形表格，以圓心為起點，各扇形從圓心延伸出去，見圖3。圖中共有長短不一的12個扇形，每個扇形又由紅色、藍色、黑色構成，它用以表達軍醫(yī)院季節(jié)性的死亡率。每塊扇形面積代表著各個月份中的死亡人數，面積越大代表死亡人數越多。

圖3 南丁格爾玫瑰圖

由圖3可見，淺灰色區(qū)域（原為藍色）表示原本可避免因感染而死亡的士兵數量；白色區(qū)域（原為紅色）表示因受傷過重而死亡的士兵數量；黑色區(qū)域表示死于其他原因的士兵數量。

圖中左右兩個玫瑰圖被時間點“1955年3月”隔開。左右兩個圖都包含了1年12個月的數據。右側較大的玫瑰圖，展現的是1854年4月—1955年3月；而左側的玫瑰圖，展現的是1855年4月—1856年3月。24個月的資料切分為左右兩張圖，再用黑色線條連接，是因為這是衛(wèi)生委員會來改善醫(yī)療環(huán)境時的日期，這清晰地表達了兩個年度的死亡人數與其原因的比例。

通過兩個圖的對比，可以得出結論：（1）淺灰色區(qū)域的面積明顯大于其他顏色面積。由此可知：英國士兵大批死亡，其最大原因是受傷后感染，由此推斷出戰(zhàn)地醫(yī)院糟糕的衛(wèi)生條件以及軍隊缺乏有效的醫(yī)療護理。這說明大量的死亡并非直接來自戰(zhàn)爭。（2）衛(wèi)生委員到達后（1955年3月），死亡人數明顯下降。這幅玫瑰圖讓政府相關官員了解到改善醫(yī)院的醫(yī)療狀況可以顯著降低軍隊的死亡率。南丁格爾的方法打動了當時的高層官員，包括維多利亞女王，她的醫(yī)療改良提案得到支持，很快得到落實，士兵傷亡人數銳減，死亡率由之前的42%陡降至2.5%。

3.2.2 玫瑰圖的特性

玫瑰圖的本質是極坐標化的直方圖，它使用扇形的半徑長短來表達數據（數量多少），每個扇形的角度是一致的，還可利用顏色差異或圓弧，劃分數據類別。而餅圖則利用扇形角度來表達數據（數量大小），每個扇形的半徑則是相同的。兩者差異見圖4。

圖4 玫瑰圖與餅圖

3.2.3 玫瑰圖的繪制

隨著信息技術的發(fā)展，人工智能技術的進步，信息圖形的繪制也更加趨于智能化、便捷化。目前，主流的繪圖方法包括使用平面設計軟件繪制、使用專業(yè)辦公軟件繪制以及在線智能生成。其中，在線生成因其便利性、良好的用戶體驗，逐漸成為繪制信息圖表的主流工具。如，國內的“花火”在線智能平臺，其操作流程高效便捷，將整理好的數據Excel表格導入，可一鍵生成玫瑰圖，且在圖形的外觀上有著極大的修改空間，甚至可以生成動態(tài)信息圖表，見圖5。

圖5 “花火”在線智能圖表工具

4 玫瑰圖相對于傳統(tǒng)餅圖的優(yōu)勢

在表現差異量較小的數據時，使用玫瑰圖的效果優(yōu)于傳統(tǒng)餅圖。因為扇形半徑與扇形面積的關系是平方的關系，即半徑的變化反映到扇形面積時，其結果是被“放大”的，而這種放大增強了數據間的差異，使其以更加可見的方式呈現出來。而玫瑰圖的這種“放大”效應，又是合理的，其原理來自扇形面積公式（圖6），不是毫無來由地為“放大”而“放大”。而傳統(tǒng)的餅圖，其扇形角度變化與扇形面積不是平方關系，角度變化對面積的影響并無指數級放大效果，因此，在表現差異較小的數據組時，玫瑰圖的視覺對比強于餅圖。圖7數據是中央紅軍長征出發(fā)時的兵力對比，人數最多的第一軍團和人數最少的第八軍團，其人數相差1萬以內，所有軍團的軍力差距不顯著（數據來源news.cctv.com/china/20060906/100946.shtm），以此數據分別用餅圖和玫瑰圖表現，其效果差異較明顯。從信息客觀性上考慮，餅圖是準確的。但信息設計（統(tǒng)計圖表）的目的是在保證信息客觀、準確的同時，盡可能地將它們呈現出更有對比度、更具可視性的視覺效果。所以，表現數據差異較小的信息時，使用玫瑰圖具有明顯優(yōu)勢。

圖6 扇形面積公式

圖7 長征中央紅軍人數圖表

5 玫瑰圖的應用

因其具有“放大”差異的效應，且由于圓形具有周期的特性，玫瑰圖也適合用來表達周期內的時間概念。如果將數據做順序排列，玫瑰圖也能將事態(tài)發(fā)展趨勢一目了然地呈現出來。

5.1 風向玫瑰圖

風向玫瑰圖（簡稱風玫瑰圖）又稱風向頻率玫瑰圖，它依據某地區(qū)數年平均統(tǒng)計的各個風向的百分數值，按一定比例繪制，通常用8或16羅盤方位表示。這是玫瑰圖在科研領域中的發(fā)展、應用。

玫瑰圖上所表示風的吹向，是指從外部吹向地區(qū)中心的方向，各方向按統(tǒng)計數值畫出的線段，即以半徑長度表示此方向風頻率的大小，線段越長表示該風向出現的次數越多。將各個方向上表示風頻的線段按風速數值百分比繪制成不同顏色的分線段，即表示出各風向的平均風速，此類統(tǒng)計圖稱為風頻風速玫瑰圖。

5.2 玫瑰圖不適用的場景

任何一種統(tǒng)計圖表都有其優(yōu)/劣勢及適用范圍。南丁格爾玫瑰圖也不例外，它不適合于分類過少或分類數值過小的場景，也不適合表示數據占比。

6 結語

玫瑰圖因其特有的“放大”差異效應，使其在信息設計、數據可視化領域具有非常重要的作用。科研人員、設計師在科研、設計實踐中應當在適合的場景下充分利用玫瑰圖的優(yōu)勢，使數據清晰、明了地呈現，以達到高效地傳達信息。