可視化隱喻 基于隱喻視角的信息可視化系統(tǒng)比較研究

　　[摘要]隱喻在信息可視化系統(tǒng)中有著普遍和廣泛的應(yīng)用。從隱喻視角設(shè)計(jì)出可視化系統(tǒng)的三個(gè)特征維：隱喻喻體、隱喻本體和可視化變量，并對(duì)1995-2008年出現(xiàn)的13個(gè)典型的信息可視化系統(tǒng)從三個(gè)維度進(jìn)行比較分析。認(rèn)為從可視化技術(shù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)看，仍然會(huì)以文本可視化、社會(huì)可視化為主。時(shí)間隱喻和空間隱喻是可視化隱喻中最常見、最基本的兩類。選取合適的源域和喻體表示時(shí)間和空間概念，能創(chuàng)造最佳的可視和交互效果。構(gòu)建隱喻模型能輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施，也能引導(dǎo)用戶在熟悉的認(rèn)知環(huán)境下理解和使用系統(tǒng)。
　　[關(guān)鍵詞]信息可視化可視化系統(tǒng)可視化隱喻時(shí)間隱喻空間隱喻
　　[分類號(hào)]G202
　　
　　1　引言
　　
　　信息可視化，廣義上就是指對(duì)數(shù)據(jù)或概念的圖形化表達(dá)方式，狹義上是指計(jì)算機(jī)支持的、抽象數(shù)據(jù)的交互式可視化顯示，以增強(qiáng)并擴(kuò)大人們對(duì)于信息的認(rèn)知。信息可視化屬于人機(jī)交互的一個(gè)研究領(lǐng)域，20世紀(jì)中期開始召開的IEEE InfoVis和IEEEⅣ兩大國(guó)際會(huì)議推動(dòng)了信息可視化的迅速發(fā)展。目前國(guó)外的信息可視化技術(shù)已呈現(xiàn)出產(chǎn)品化、商品化的趨勢(shì)。筆者通過對(duì)眾多信息可視化系統(tǒng)的考察，發(fā)現(xiàn)這些系統(tǒng)模型大都與隱喻息息相關(guān)，研究文獻(xiàn)中也多對(duì)本系統(tǒng)使用的隱喻作了很詳細(xì)的說明和追溯。作為人類重要的認(rèn)知思維方式，隱喻早已不局限于傳統(tǒng)語言學(xué)、修辭學(xué)的研究領(lǐng)域，而涉及認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。本文試圖從隱喻的角度，考察各種可視化系統(tǒng)潛在的關(guān)聯(lián)與差異，探尋信息可視化技術(shù)在隱喻結(jié)構(gòu)上的模式和特征。
　　
　　2　隱喻在信息可視化系統(tǒng)中的認(rèn)知意義
　　
　　2.1隱喻的認(rèn)知基礎(chǔ)
　　從修辭學(xué)角度說，隱喻是比喻中的一種，等同于暗喻。從語言結(jié)構(gòu)的角度說，隱喻由喻體、本體、喻詞、喻底4個(gè)要素構(gòu)成。但是從根本上說，隱喻是一種認(rèn)知轉(zhuǎn)換，就是根據(jù)另一種經(jīng)驗(yàn)來理解和體驗(yàn)?zāi)硞�(gè)事物。具體來說，通過相似屬性的比較，隱喻常常會(huì)用熟悉的、簡(jiǎn)單的、具體的、直覺的、眾所周知的概念或事物，來解釋和描述另一個(gè)嶄新的、復(fù)雜的、抽象的、不知名的概念或事物。其目的無非是讓后者更容易被識(shí)別、交流、理解和記憶。當(dāng)代的隱喻研究者大都同意這樣一種看法，即隱喻是人類認(rèn)知的基本方式。
　　隱喻是現(xiàn)實(shí)世界和抽象世界的映射關(guān)系。根據(jù)結(jié)構(gòu)映射理論，隱喻由源域、源域子項(xiàng)、目標(biāo)域、目標(biāo)域子項(xiàng)、映射關(guān)系5個(gè)要素構(gòu)成。源域指隱喻的來源，是現(xiàn)實(shí)世界在人腦中的反映。目標(biāo)域是隱喻中需要被解釋和描述的對(duì)象域。子項(xiàng)代表源域或目標(biāo)域中的概念、要素、組成部分等，是映射關(guān)系一一對(duì)應(yīng)的喻體和本體。隱喻在本質(zhì)上不只是喻體和本體的相似性聯(lián)系，而是源域和目標(biāo)域之間的基于人類共同經(jīng)驗(yàn)的類同。
　　
　　2.2隱喻在可視化系統(tǒng)中的作用
　　在人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)中，隱喻被廣泛使用，因?yàn)槿藱C(jī)交互的過程其實(shí)就是人們認(rèn)知的過程。使用隱喻來設(shè)計(jì)各種模型，可以使得人機(jī)交互更加便利。信息可視化系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、開發(fā)、實(shí)現(xiàn)到使用過程中，存在三種模型：設(shè)計(jì)模型、系統(tǒng)模型和用戶模型。隱喻在其中充當(dāng)了橋梁和紐帶的作用，負(fù)責(zé)溝通三種模型所要傳達(dá)的概念、意義、屬性和功能等(見圖1)。適當(dāng)隱喻的選取，可以使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員、系統(tǒng)開發(fā)實(shí)施人員、系統(tǒng)用戶三方對(duì)系統(tǒng)的理解處在同樣的認(rèn)知基礎(chǔ)上。由于設(shè)計(jì)模型和系統(tǒng)模型都是在熟悉的隱喻背景下形成，兩個(gè)模型間不協(xié)調(diào)的程度大大降低；另一方面，用戶通過隱喻可以越過系統(tǒng)模型，直接理解設(shè)計(jì)模型所表達(dá)的意義，這又減少了用戶和系統(tǒng)設(shè)計(jì)者之間交流的中介，避免了由交流媒介所帶來的噪音。
　　
　　
　　
　　3　基于隱喻的可視化系統(tǒng)特征維設(shè)計(jì)
　　
　　3.1源域――隱喻喻體的來源
　　對(duì)各個(gè)可視化系統(tǒng)喻體抽取的結(jié)果進(jìn)行分析，得到了表1所示的結(jié)果。
　　
　　3.2目標(biāo)域――可視化對(duì)象
　　可視化隱喻的目標(biāo)域，就是可視化所要傳達(dá)的主旨和描述的對(duì)象�？梢暬瘜�(duì)象按媒介類型可分為：文本信息、圖像信息、多媒體信息、計(jì)算機(jī)媒介交流信息(CMC)。
　　以文本信息可視化為例，各種無結(jié)構(gòu)文檔或半結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列信息處理與分析技術(shù)后，如自動(dòng)標(biāo)引、自動(dòng)分類，再通過可視化隱喻模型設(shè)計(jì)，最后以各種2D、3D視圖形式在人機(jī)交互界面上呈現(xiàn)。典型的可視化系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示：
　　CMC信息是特殊的一類，存儲(chǔ)的不僅是被交流和共享的知識(shí)與信息，也存儲(chǔ)有交流活動(dòng)參與者的行為信息。人們的信息行為和信息活動(dòng)記錄，與交流的信息本身一樣，具有重要的價(jià)值。比如參與者的活躍程度，對(duì)社區(qū)的認(rèn)同感，特定域中最活躍的參與者是誰。這些信息可以幫助人們尋找合適的社區(qū)以及尋找社區(qū)中某個(gè)領(lǐng)域的專家。CMC系統(tǒng)包括討論區(qū)(論壇、聊天室)、電子郵件、新聞組等。CMC信息可視化也叫社會(huì)可視化。
　　
　　3.3隱喻喻體的可視化變量
　　可視化變量是人的視覺器官可以感知的符號(hào)類型，與喻體及其子項(xiàng)組合，可以傳達(dá)更多的視覺信息。傳統(tǒng)上有7種可視化變量：位置、形狀、尺寸、方向、色彩、紋理、灰度(見表3)。這些變量的不同組合還可以構(gòu)成其他的表現(xiàn)形式，同時(shí)可視化變量在表示空間信息的屬性方面是不一樣的�？梢暬�變量選取是否妥當(dāng)將直接影響到信息表示的質(zhì)量，因此十分重要。
　　鑒于西方世界對(duì)信息可視化的研究較為成熟，本文根據(jù)ELSEVIER和SPRINGER LINK兩大西文數(shù)據(jù)庫檢索結(jié)果(以IV和metaphor為主要檢索詞)，從隱喻喻體、隱喻本體、可視化變量三個(gè)維度加以比較分析。本文主要選擇那些在隱喻上有顯著特征并有較為細(xì)致的隱喻描述、具有代表性的可視化系統(tǒng)。經(jīng)過調(diào)研，篩出13個(gè)典型的信息可視化系統(tǒng)，按出版的時(shí)間先后排列，如表4所示：
　　對(duì)部分系統(tǒng)的隱喻描述如下：
　　?ThemeRiverL6j：主題詞，用從左向右流動(dòng)的河流隱喻文檔集中隨時(shí)間變化的主題流。河流下面對(duì)應(yīng)著一條時(shí)間線，水平線上兩點(diǎn)間的距離表示時(shí)間間隔。水流寬度表示某個(gè)主題的文獻(xiàn)量或強(qiáng)度。河流由不同顏色的水流組成，每種顏色代表一個(gè)主題。
　　?PeopleGarden和CommunicationGarden ：這兩個(gè)可視化系統(tǒng)具有相似之處，都用“花”來隱喻計(jì)算機(jī)媒介交流的參與者和參與討論的話題。當(dāng)花隱喻討論主題時(shí)(見圖3)，花瓣數(shù)表示該主題下張貼的消息數(shù)，葉子數(shù)表示該主題參與人數(shù)，莖高表示該主題的生存時(shí)間，話題的起始時(shí)間和所屬的主題域用花的位置來表示；當(dāng)花隱喻參與者時(shí)(見圖4)，花瓣數(shù)等于此人發(fā)表的消息數(shù)，葉子數(shù)表示此人參與的話題數(shù)，莖高表示此人在某個(gè)主題域停留的時(shí)間。
　　?NCS Lsj：導(dǎo)航分類可視化系統(tǒng)。針對(duì)某個(gè)領(lǐng)域的初學(xué)者，在使用信息檢索系統(tǒng)時(shí)，將導(dǎo)航分類圖用隱喻的形式顯示出來，以輔助檢索。該分類圖使用了船和船在海上航行的隱喻。航船好比是某知識(shí)領(lǐng)域的新手，船在某片陌生的水域上行駛好比新手在某個(gè)不熟 悉的主題領(lǐng)域進(jìn)行信息檢索；海上的燈塔負(fù)責(zé)導(dǎo)航和指引方向，燈塔及其周圍的地形，如高處的山脈和低處的巖石，隱喻專業(yè)主題詞表的等級(jí)體系；城堡表示航行的目的地，隱喻用戶的檢索目標(biāo)，即成功找到用戶需要的信息。
　　?Newsmap：新聞地圖。可視化對(duì)象為在線新聞或消息，使用海島圖的隱喻。經(jīng)過對(duì)新聞內(nèi)容的自動(dòng)抽詞和聚類分析，每一個(gè)類別用海上的一個(gè)島嶼來表示，島周圍用淺藍(lán)色表示淺水域，不同層次的漸變綠色表示子類在結(jié)構(gòu)樹中所處的深度。島的大小暗示了該類別中新聞的數(shù)量。
　　?Tree_Ring LtOl：用樹的年輪隱喻時(shí)間。傳統(tǒng)樹型結(jié)構(gòu)在表示層次信息時(shí)，總會(huì)遇到數(shù)據(jù)量變大屏幕不夠顯示的問題(見圖5)。形同年輪的同心圓視圖可以同時(shí)顯示時(shí)間信息和樹型結(jié)構(gòu)信息，且不用因?yàn)閿?shù)據(jù)量的龐大而在水平方向來回拖動(dòng)。與其他同心圓隱喻不同，同心圓上的點(diǎn)不再表示同一深度，而是表示同一時(shí)間，如圖6所示：
　　
　　5　分析與討論
　　
　　5.1 隱喻對(duì)象的類型分析
　　調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前大部分可視化系統(tǒng)以文本信息和CMC信息為主要可視對(duì)象。圖像信息可視化和多媒體信息可視化系統(tǒng)非常少見。這與圖像和多媒體信息本身的視覺效果就非常突出有很大的關(guān)系。從人類的認(rèn)知角度說，文本信息和CMC信息的視覺效果最差，認(rèn)知難度大，難于發(fā)現(xiàn)其中的模式、規(guī)律等。同時(shí)這也符合技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律。圖像和多媒體信息可視化，需要更為復(fù)雜的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起來比文本、CMC信息難度要大。
　　文本信息依然是人類目前存儲(chǔ)知識(shí)最重要、最基本的方式。典型的文本信息資源有：領(lǐng)域知識(shí)(期刊、圖書、會(huì)議錄、報(bào)告、學(xué)位論文等)、新聞消息、專利、時(shí)空型數(shù)據(jù)(如事件、犯罪紀(jì)錄、臨床紀(jì)錄、通信紀(jì)錄)等。從可視化技術(shù)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)看，仍然會(huì)以文本可視化、社會(huì)可視化為主，但是圖像、多媒體信息可視化技術(shù)會(huì)有更大的發(fā)展?jié)摿Α?
　　
　　5.2隱喻來源分析
　　信息可視化的隱喻中有兩類最重要和最常見的隱喻：時(shí)間隱喻和空間隱喻。
　　5.2.1 時(shí)間隱喻 表1中隱喻時(shí)間的有水平線S1(或時(shí)間線)、河流S5、年輪S8。其中使用水平線隱喻的最為常見。表3中的可視化變量V5(方向)，與喻體一起可以完整的表達(dá)時(shí)間。表4中有7個(gè)系統(tǒng)均使用了水平線，占到一半以上。使用河流隱喻時(shí)間較為新穎，利用河流從左到右流動(dòng)的方向作為時(shí)間的方向。同時(shí)，河流的寬度、河水的顏色均可以隱喻更多的對(duì)象。年輪隱喻時(shí)間，具有獨(dú)創(chuàng)性，以圓心為時(shí)間起點(diǎn)，沿半徑向外發(fā)散(見圖6)。在表示與時(shí)間有關(guān)的層次型數(shù)據(jù)時(shí)，比傳統(tǒng)用水平線隱喻時(shí)間的方法具有更好的可視和交互效果。
　　5.2.2空間隱喻人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的空間隱喻有窗口、面板、桌面等，新的研究還包括辦公室、房間、城市等。表1中除了sl水平線，其余喻體均有空間隱喻的能力。表3中的7個(gè)可視化變量，有3個(gè)與空間隱喻有關(guān)：位置V1、形狀v2、尺寸v3。表4中與位置V1有關(guān)的可視化系統(tǒng)就有11個(gè)之多。此外，全部系統(tǒng)均使用了V1、v2、V3的全部或部分變量。
　　
　　5.3隱喻模型構(gòu)建
　　根據(jù)結(jié)構(gòu)映射理論，隱喻由源域、源域子項(xiàng)、目標(biāo)域、目標(biāo)域子項(xiàng)、映射關(guān)系5個(gè)要素構(gòu)成。通過構(gòu)建合適的隱喻模型，使得信息表示更加有效，增強(qiáng)用戶的信息交互效果。這個(gè)構(gòu)建的過程可以分解為以下幾個(gè)步驟：①目標(biāo)域確定；②目標(biāo)域子項(xiàng)分解圖；③源域選擇；④作源域各子項(xiàng)的樹型層次分解圖；⑤各源域子項(xiàng)對(duì)應(yīng)的可視化變量確定；⑥建立映射關(guān)系，即源域子項(xiàng)――可視化變量――目標(biāo)域子項(xiàng)。其關(guān)鍵在于源域的選擇和子項(xiàng)分解圖。通常，并非所有源域和目標(biāo)域子項(xiàng)都能建立映射關(guān)系，只能實(shí)現(xiàn)部分匹配。好的映射應(yīng)有助于用戶將一個(gè)陌生的系統(tǒng)環(huán)境輕松地轉(zhuǎn)化為一個(gè)熟悉的認(rèn)知環(huán)境，使得一個(gè)新系統(tǒng)更容易被用戶所接受和使用。
　　
　　6　結(jié)語
　　
　　選取合適的隱喻，可以使信息可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與運(yùn)用達(dá)到事半功倍的效果，可以為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員、開發(fā)人員和用戶創(chuàng)造一個(gè)共同熟悉的認(rèn)知背景，減少設(shè)計(jì)模型、系統(tǒng)模型和用戶模型間的交流障礙。本文從隱喻視角設(shè)計(jì)出可視化系統(tǒng)的三個(gè)特征維：喻體、本體、可視化變量，并對(duì)1995-2008年出現(xiàn)的13個(gè)典型信息可視化系統(tǒng)進(jìn)行了內(nèi)容、特征和發(fā)展趨勢(shì)的比較分析。進(jìn)一步的研究將放在可視化系統(tǒng)用戶的認(rèn)知過程和系統(tǒng)評(píng)價(jià)上。

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