基于实时化信息展现的物理可视化应用探析

摘 要：作为信息可视化的一个分支，物理可视化是信息在三维物质上的展现，实时的物理可视化在信息的接收与呈现上保持即时性，本文将探讨实时化的呈现对于物理可视化在信息的设计表达方式上的应用特点。

关键词：物理可视化；实时化；信息可视化；交互

物理可视化（Physical Interaction）的提出是基于信息可视化（Information Visualization）的。信息是我们设计的对象，可视化是我们的设计方式，信息可以被转化为平面二维形态或者物理三维形态，信息可视化有时也被称为信息设计（Information Design）。但“可视化”更能体现设计信息的目的与方法，有学者将“可视化”定义为“支持计算机、交互式的数据可视化表达并放大感知的一种应用”。[1]在今天看来，这个定义范围未免稍显狭窄，可视化不一定必须有计算机及交互的支持，而数据的范围也并不仅限于数字化的体现，它是多种信息的集合。西班牙设计师Joan・Costa的说法能更广泛地说明可视化的本质：“让一些现象或者现实可见并且易懂；这些现象大多是肉眼观察不到的，有些甚至不具备可见性。”[2]由此可见，可视化的核心是重新定义数据并转化，这些数据包括不可观察到的现象，转化的方法并不一定基于计算机实现。可视化可以包含广泛的设计信息的范围，而物理可视化是信息可视化在媒介上的分支。

到今天，信息可视化已有逾百年的历史，但其名称至今仍没有统一。究其根本，是因为信息可视化实在是一个庞大的学科，它的内容与边界一直在不断地扩展之中。设计学科普遍具有扩展性，如平面设计，更早还被称为“装潢设计”，而现今基本已被称之为“视觉传达设计”。这其中很重要的原因就是“平面”二字已经不能涵盖其学科内容，而“装潢”二字的涵盖面更是狭窄，平面设计早已不再局限于平面，“视觉传达”能够更好地涵盖其内容。纵观所有的设计类学科，信息可视化拓展得尤为迅速――从18世纪末现代信息可视化从统计学被分出来，到今天数据物理可视化（Data Physicalization）开始崭露头角。除了观念之外，技术也发挥了很大的作用，Arduino和Processing等可视化编程软件让艺术家和设计师也能以编程语言创作交互作品，而实时的信息可视化能让设计更多地直接参与到社会中去。信息可视化是一个工具，信息不仅可以转化为图像，也可转化为屏幕动态图像及交互图像，甚至物理形态的装置。

1 由二维发展到三维的信息可视化

信息可视化具有广泛的跨学科性，它包含从静态到动态到交互等一系列跨学科内容，被Matthias・Shapiro称为“怪兽”，因为很少有学科需要从事者具备这么多的技能，[3]很多行业中的顶尖者也只是专长于其中某一分支。信息可视化按呈现媒介来分，有静态的信息可视化，或称为信息图表（Infographic），还有动态信息可视化，或称为动态信息影像设计（Motion Infographic），以及交互信息可视化，比如数据可视化（Data Visualization），或者数据物理可视化，基于物质的数据可视化，一种新的可视化展示媒介与方式。

从静态到动态到交互再到物理交互的发展，也是一个从二维到三维的发展，在物理交互越来越普及的今天，物理可视化的出现是一个自然的过程。人类对于图像的应用有相当长的历史，从18世纪末William・Playfair在统计学中用图表来呈现数据信息时，现代信息图表的发展就开始了。在之后的一百多年间，信息图表开始渐渐完善并被用到了社会的各个领域。1940年ISOTYPE由创造，它的产生有很强的社会背景，奥托纽拉斯希望创造一种跨国界通用的视觉语言，用图像来传播知识。其远大的理想至今令人钦佩，而且也收到了一定的效果。1945年奥托纽拉斯去世，1946年，世界上第一台电子计算机在美国宾夕法尼亚大学诞生，一直到1975年Apple I诞生。而同样在70年代，“信息设计”这一术语也被提出，信息设计与计算机技术一同进入了高速发展期。1983年APPLE LISA成为了第一台使用图形用户界面的电脑，有了用户图形界面，电脑终于成为大众消费品，也成为了设计师的设计利器，信息图表作品开始海量出现，90年代，各个报社开始成立图表编辑部，比如《纽约时报》（The New York Times），尤其在当时出现了彩色纸张之后，信息图表逐渐成为了报道新闻不可或缺的一部分。其中有相当一段时间，基于计算机的图表只是纸面图表的翻版，但计算机技术的发展使数据可视化开始发挥其交互本质，同时动态视频技术的发展也让动态信息影像设计初现端倪。近年来，物理交互的出现让信息可视化又有了新的媒体延伸，数据物理可视化（Data Physicalization）的名称已经先于其范围与定义而出现，物理可视化是信息可视化在媒介上的分支，数据物理可视化可以被认为是基于计算机编程的物理信息可视化展现。它的实现方式是基于编程的，可以被视为是物理可视化中的一个分支，物理可视化是数据在物理实质之上的展现。

2 数据信息在物理可视化中的实时呈现

实时信息可视化，从字面上理解是一种即时的信息呈现，在收集信息的过程中同步呈现。这与二维的信息可视化设计过程有很多的不同，因为信息不是预先采集得知的，所以也就不能在呈现前进行处理，收集的过程也就成为了呈现的结果，而物理化的展现方式使得实时收集的信息在空间中得以汇聚、放大。

信息可视化是对数据的多媒体再现，无论是图表、编码还是物理实体，跨媒体的出现是为了让信息能够得到更好更精准的呈现。对待信息源数据一般有两种方式，一种是先寻找数据，从数据中入手确定主题，很多数据可视化设计师运用这种方法从大量数据中寻找可以运用的素材充实主题。另一种方式是先确定主题，再去寻找定义主题的各种数据，这种方式一般在新闻类图表中运用较多，由于新闻主题的明确性，无论是实事新闻还是主题报道，这些图表设计师们都必须竭尽全力地挖掘数据。比如《国家地理》的团队们会为了一个主题实地考察、拜访专家、制作模型、进行精确计算，耗时长达数月甚至一年。这些预先准备，与实时信息可视化相比会有很多不同，其不再是对于数据的收集与处理。因为数据是实时获得的，所以设计者要设计的其实是一个恰当的数据容器，能满足项目的数据呈现，同时也要能准确表达主题。

在设计中，形式应该符合内容，通过恰当的物理化实时展现的形式，就算是简单的数据也会让内容得到充分的展现。比如2012年的美国总统大选，最后的投票统计进程在帝国大厦上以红蓝两色天线灯光的方式得以呈现，两种颜色各自对应两个党派。随着各州票数的陆续开出，天线颜色的长度也实时地随之变化。这个纽约的地标性建筑，让民众在大街上远远地就能一眼看出当前两党竞选的状况。从可视化的展现方式来看，虽然这就是一个普通的柱状图，两党以红蓝两色来代表，红蓝两柱的高低代表了得到票数的多少，但试想一下，如果这个结果以图表的方式印在第二天的报纸上，或者仅仅在网站上以实时播报的方式呈现这个“柱状图”，其效果都会差得太多。物质本身就具有纸面或者平面不可比的力量，在这个项目中尤其如此。总统大选结果可以说是美国人民最关注的事件之一，这种方式让大家可以从城市的各个角度看到竞选的实况，看到这个激动人心的时刻。正因为它的物理化以及实时呈现，它的社会效应与影响力已经远大于它的设计本身。从另一个角度看，虽然呈现的数据简单，但这是一个非常恰当的数据容器，无论是形式内容还是功能都得到了完美的展现。

3 基于物理化展现的实时信息可视化应用特点

社会是个复杂的结构，对设计的需求也是复杂的。[4]信息可视化的出现就是为了应对这个复杂的世界，用可视化的方式将社会的复杂以另一种形式呈现在我们眼前，为我们解决疑惑，或者提出新的问题。实时的物理可视化需要设计的是一个信息容器，它的特点是具有交互性。交互（Interaction）的本质是行动与反馈，行动是信息的投入，[5]在容器中发酵，生成新的表现形式，它要求行动之后的反馈是即时的。例如，传统的水银温度计就是一个实时的物理可视化设计，当我们把温度计放入被测温点，就是行动的开始，然后间隔一定时间取出，温度计中的水银柱会上升到相应的被测温点的温度之处，这个就是对于行动的反馈，而且是即时发生的。水银柱的上升是因为温度影响了水银的物理特性而发生的，所以交互的发生反馈并不一定需要计算机编程，它也可以是低技术完成，比如西班牙工作室Domestic Data Streamers，该工作室的项目特点就是在一个空间环境中收集数据来研究人的行为模式，比如他们的项目“黄金时代”（Golden Age）（见图2），这个街头装置是一个图像型的图表，但它的展现是物理化的。设计师切割了一批真实的圆木木块，让所有经过的人可以自由参与，木块可以被放置到一个四方形的木框之中，木框两边有刻度，所有可放置的点已经被预留出，其中横轴代表人们现在的年龄，纵轴代表人们所希望拥有的年龄，从最后的结果可以读出多层的含义，从真实参与的结果来看，人们还是倾向于希望处在自己所处的年纪的，两个值基本呈正比。相对来说在年轻人群中两个值的波动较大，而年长者则趋于安稳，整体来看整个人群的希望年龄还是趋于年轻化的。这个装置也适合在不同的地区、不同的城市放置，来研究每个城市的人们对于自己所处年纪的思考，因为它所呈现的是每个城市不同人群的基本状态。

低技术化实现在一定程度上可以说是信息图表的物理化实现，但与历史上众多的信息雕塑所不同的是，该工作室强调参与性，并且是随机自由参与，从参与人群中获取数据，而不仅仅是静态二维信息图的物理翻版。这个模式注重的是即时参与的活动过程，在呈现方式上它具有一定的局限性。计算机编程在创作的层面上提供了更加丰富的可能性，可视化软件Processing和Aduino的出现为艺术家与设计师提供了自主编程的工具。一直以来艺术设计与编程被认为是格格不入的，他们被认为是左右两个大脑，互不相同且互不相通，但Processing以及Arduino免费、开源，关键是非常易学，迅速成为了设计者和艺术家的得力工具。同时，一些很好的想法也为社会解决了许多问题。例如，在设计师的设计之下，闯红灯的问题有了更有意思的解决方法，即用实时化的物理可视化装置去解决问题。图3是奔驰联合广告公司BBDO德国在里斯本街头设置的互动装置“舞蹈交通灯”（The Dancing Traffic Light）（见图3），它将舞蹈与红绿灯中的等待小人结合起来，让等红灯的过程变得更加有趣，信息的接收装置放置在街头红绿灯不远的广场里，人们可以走进动作捕捉室――一个密闭的空间，等待屏幕的提示开始跳舞，此时摄像机会将舞者的动作捕捉下来，这是数据收集的过程；再转换成为红绿灯屏幕上的红色像素小人，所有在路口等待的人都会看到，这是物理可视化的呈现部分，整个过程都是实时发生的，跳舞的人也可以从屏幕当中看到自己的舞姿在等待红绿灯中呈现的样子。而结果显示，由于这个充满欢乐的装置，超过81%的人都在这个红灯前停下了脚步驻足观看，有效地解决了闯红灯的问题。

4 结语

设计服务社会，同时也改变社会，奥托纽拉斯在1940年创造ISOTYPE体系是为了改变这个社会，希望形成一种跨国界通用的可视化语言。在他去世后，他的妻子继续着奥托的事业，用可视化语言教育着孩子们。可视化是一种具有改变世界的潜能的语言，而物理可视化无疑是更为强大的创作工具，以物质直接作用于社会、作用于人，实时的物理可视化拉近了人们与可视化的距离，让人人都能即时地参与其中。随着技术的发展，相信物理可视化会有更大的发展。MIT实验室基于processing研发了可以传感数据的胶带，[6]可以想象未来的数据输入与输出方式将会有更多的变革，物质的输入方式将更加多样化，物理可视化也会有更多的创作可能性。

参考文献：

[1] Stuart K.Card，Jock D.Mackinlay，Ben Shneiderman.Readings in Information Visualization：Using Vision to Think[M] . San Francisco： Morgan Kauffmann，1999：6.

[2] Alberto Cairo.不只是美：信息图表设计原理与经典案例[M].罗辉，李丽华，译.北京：人民邮电出版社，2015：14-19.

[3] Julie Steele，Noah Lliinsky.数据可视化之美[M].祝洪凯，李妹芳，译.北京：机械工业出版社，2011：19.

[4] 李德庚，蒋华，罗怡.平面设计死了吗？[M].北京：文化艺术出版社，2011：87.

[5] 辛向阳.交互设计：从物理逻辑到行为逻辑[J].装饰，2015（1）：58-62.

[6] Artem Dementyev，Hsin-Liu（Cindy）Kao，Joseph A.Paradiso.SensorTape：Modular and Programmable 3D-Aware DenseSensor Network on a Tape[A] . UIST’15 Proceedings of the 28th Annual ACM Symposium on User Interface Software&Technology[C] . ACM Press，2015：649-658.

作者简介：余飞，研究生，毕业于中央美术学院，就职于杭州电子科技大学数字媒体与艺术学院，研究方向：用户体验及信息交互设计。