可視化多學科設計實踐

袁曉如

0 引言

可視化系統通過提供對數據的視覺表達形式幫助人們更有效地完成特定任務[1]。從展現新冠疫情態勢，到描繪全球氣候變化，從社會經濟發展數據、城市的交通移動數據，到個人的生活起居數據，可視化幫助公眾快速了解數據的全貌，發現有趣的數據模式和關聯關系，并留下深刻持久的印象。近20 年來，隨著互聯網的發展，面向公眾的可視化在理論研究和實踐方面都獲得了高度重視和長足發展。

1 可視化的設計挑戰

可視化構型的設計空間（Visualisation Idiom Design Space），即如何確定和創建視覺表示、如何開展視覺交互，異常復雜龐大?？梢暬O計者需要了解目標用戶的數據分析需求，與用戶深入交流從而理解相應領域情況；在完成問題表征后，進行數據轉化和任務抽象，擺脫原始問題中具象信息的干擾，剖析復雜的問題，明確問題所在的領域和對應的解決策略。這其中涉及各類應用領域，也包括心理、藝術設計、數學等基礎學科和計算機科學，可視化的設計實現是一個典型的多領域相結合和多學科交叉的過程。

由于數據和任務的多樣，產生的可視化自然應當是多姿多彩的。然而，當前的商業可視化實踐中往往難以呈現出這一多樣化的美感。如果在谷歌或者百度搜索引擎中檢索“可視化”相關的圖片，看到的幾乎都是由簡單圖表組合而成的面板。這類暗色大屏效果是人們對可視化的刻板印象。

相比之下，可視化早期的作品往往更為豐富生動?？梢暬南闰屚ㄟ^精心設計的圖形圖表生動地描繪數據，把復雜枯燥的數據變得精煉明晰，便于公眾理解和記憶。雖然由于技術的局限，這些經典的可視化作品僅是靜態的表達，卻蘊含著豐富的視覺效果。例如蘇格蘭工程師威廉·潑雷費爾（William Playfair）繪制的1700-1780 年英國與丹麥和挪威的進出口順逆差情況（圖1），通過在曲線之上，用顏色和條帶寬度表示進出口的順逆差，輔以簡約的標簽描述，對貿易問題做出了令人印象深刻的表達。1930 年代，英國的亨利·貝克（Henry Charles Beck）改進的倫敦地鐵圖，用規則的橫豎斜線強調拓撲關系而非絕對距離這一設計沿用至今，成為廣泛應用于世界各地的經典地鐵圖。

1 威廉·潑雷費爾繪制 的進出口貿易時間序列圖，引自參考文獻[2]

2 交叉實踐

對比上述現象，需要我們在教學和實踐中更進一步推行多學科交叉實踐，回歸可視化設計的初衷。北京大學從2009 年夏天率先開始面向全國開放舉辦可視化暑期學校，近幾年招收計算機、設計和應用領域的學員，在課程設計中混合組隊，開展學科交叉教學實踐。這里我們選取的2021 年暑期學校項目“歷年全國十大考古新發現可視化”[3]（圖2）是北京大學可視化與可視分析實驗室對1990-2021 年十大考古新發現專門設計的可視化工作，為了解中國考古發展成就提供了新穎、便捷且有趣的視角。

2 歷年全國十大考古發現項目概覽

該項目組5 位成員分別具有計算機科學、可視化設計和數學統計的背景，在多學科的合作中激發出許多創新。在暑期學校期間，項目組前期完成數據處理和分析，討論可視化設計需求，對數據包含的實體進行統計和分析，確定視覺編碼的對象和維度，并且對數據潛在的有趣信息進一步衍生和標注。比如，提取標注每個發現的遺址類型以及發掘單位的類型，通過選取編碼選定特征為不同的視覺符號，和完全相同地把所有考古發現排布在視圖中的做法相比，可以幫助用戶更快地識別考古發現的差別分布。指導教師同項目組同學多次討論迭代，進一步完善設計，嘗試使用不同的可視化方法和多種圖形來展示數據（圖3）。項目組中具有編程背景的同學則分工實現了初步的可視化界面。

3 可視化設計迭代中間過程

此后，為了更全面地展示考古發現項目在不同維度的特點，項目團隊在2021 年秋季集中開展了迭代修改，并咨詢了北京大學考古領域專家提供專業建議。在這個項目的基礎上，項目組結合北京大學考古百年歷史，在“北京大學考古 100 年、考古專業 70 年” 特展中用可視化方法展示北京大學百年考古成就，受到領域專家的一致好評（圖4）。

4 北京大學考古發現成就可視化在塞克勒博物館參與展出

在近幾年的可視化暑期學校中，選擇的課程設計題目涵蓋歷史、教育、科學以及醫療等大眾關心的話題。分工小組包含可視化相關專業、藝術設計專業和應用領域（包括人文/社科/科學/工程等方面）的學員。在較短的時間里，學員們的思維碰撞摩擦出創意的火花，完成一系列富有創造力、獨具特色的精美可視化作品。更多作品總結在“可視化看中國”在線欄目（http://vis.pku.edu.cn/vis4china/）。這些課題在過程中邀請到了眾多相應領域專家的加入，為推進更多領域應用可視化方法開拓了新路。

3 總結

可視化能夠讓數據展示和分析變得更直觀、快速，互動性和洞察性更強，以幫助公眾方便地理解數據內容、發現數據模式、交流數據信息。在構建可視化的流程中，不同角色的成員可以分工協作，從復雜的數據中抽取重要的信息，設計美觀且高效的圖形圖像傳達信息，使用不同工具制作支持交互探索的可視化內容。在現實生活中，不同應用領域都會遇到多種多樣的數據展示和分析場景，這也極大地促進了可視化在實踐中的學科交叉和技術融合，讓我們更加期待面向公眾的可視化多學科設計實踐?！酰ㄖ轮x：在本文寫作和素材提供方面，歷年全國十大考古發現項目主要參與者、北京大學碩士研究生譚紹聰亦有貢獻。）