Визуальная переменная - Visual variable

А визуальная переменная, в картографический дизайн, графический дизайн, и визуализация данных, является аспектом графического объекта, который может визуально отличать его от других объектов, и им можно управлять в процессе проектирования. Концепция была впервые систематизирована Жак Бертен, французский картограф и графический дизайнер, опубликовавший в своей книге 1967 г. Sémiologie Graphique.^[1] Бертин определил базовый набор этих переменных и дал руководство по их использованию; с тех пор концепция и набор переменных были расширены, особенно в картографии, где они стали основным принципом обучения и практики.^[2]^[3]

История

Графические приемы использовались в карты и статистические диаграммы для представления невизуальной информации с 17 века, а визуализация информации расцвела в 19 веке, о чем свидетельствуют работы Уильям Плейфэр и Чарльз Джозеф Минар. Однако прямое изучение этого абстрактного использования графического представления началось с появлением картография как академическая исследовательская дисциплина в середине 20 века. В Внешний вид карт (1952), часто считающийся источником американской картографической теории, Артур Х. Робинсон обсудили роль размера, формы и цвета в создании контраста на картах.^[4] В то же время во Франции Жак Бертен опубликовал раннюю версию своего списка визуальных переменных: форма, величина и «сверкающая» (зернистость).^[5] Робинсон в его 1960 г. Элементы картографии, который быстро стал доминирующим учебником по этому предмету, обсуждал размер, форму, цвет и узор как качества символов карты, которые создают контраст и представляют географическую информацию.^[6]

Бертин был картографом в École pratique des hautes études (EPHE) в Париже, где он создавал карты и графики для преподавателей различных дисциплин, используя широкий спектр данных. Увидев повторяющиеся закономерности, он создал систему для обозначения качественной и количественной информации, очевидно, вдохновленную науками о семиотика, Человеческое зрение, и Гештальт-психология (иногда трудно сказать, потому что его ранние работы редко цитируют какие-либо источники), завершившейся Графическая семиология.^[5] Несмотря на то, что он имел опыт работы в картографии и выводил многие из своих идей, оценивая карты, он намеревался Графическая семиология применяться ко всем формам графический дизайн и визуализация информации. Вскоре идея получила международное признание; в 1974 г. Джоэл Моррисон представили очень похожую систему в контексте картографическое обобщение, не цитируя ни Бертина, ни Робинсона, но заявляя, что это была «традиционная категоризация», предполагая ее широко распространенный характер к тому моменту.^[7] Для этого набора категорий было предложено несколько терминов, в том числе «переменные сетчатки глаза» Бертина (используемые, чтобы отличить их от двух его переменных пространственного положения), а также «графические переменные».^[8] «Размеры символа»,^[7] и «Основные графические элементы», прежде чем в конечном итоге остановились на «Визуальных переменных», которые сегодня используются почти повсеместно (на английском языке).

Бертину в значительной степени приписывают систему визуальных переменных; хотя он не был первым, кто упомянул об этой идее, Графическая семиология был первым систематическим и теоретическим исследованием, и его общий подход к графической символизации все еще используется сегодня с небольшими изменениями. Несмотря на название работы Бертина, на самом деле в ней мало ссылок на научные знания в области Семиотика или любой другой, и был в первую очередь практическим суммированием паттернов, которые он обнаружил на практике. «Истина» концепции визуальных переменных была в значительной степени установлена благодаря ее широкому и долгосрочному признанию. Тридцать лет спустя МакИхрен соединил научную поддержку этого и других аспектов картографического дизайна в Как работают карты, объединив исследования в Семиотика (особенно Семиотическая теория Чарльза Сандерса Пирса ), Гештальт-психология, Человеческое зрение, и 40 лет картографических исследований.^[9]

В самых ранних списках обычно предлагалось шесть переменных: размер местоположения, форма, значение, оттенок, ориентация и зернистость (расстояние между узорами). К этому списку было предложено несколько дополнений, некоторые из которых вошли в канонические списки, содержащиеся в учебниках, в то время как другие предложения в картографии в значительной степени были опущены. С появлением мультимедиа как картографического инструмента были также представлены аналогичные наборы невизуальных переменных коммуникации.

Основные визуальные переменные

Начиная с Робинсона и Бертина, основной набор визуальных переменных стал в значительной степени каноническим, появился в учебниках картографии и визуализации информации и в той или иной форме встроен в большинство программ для проектирования.

Размер

А картограмма представление совокупности (отношение или свойство уровня подсчета) по размеру.

Размер символа - это то, сколько места он занимает.^[2] Обычно это относится к области точечных символов и толщине линейных символов. Различия в размерах относительно легко распознать, что делает их полезной переменной для передачи информации, такой как количественное количество чего-либо или относительная важность. Исследования показали, что люди лучше оценивают относительные различия в линейном расстоянии (например, одна дорога в два раза толще другой), чем относительные различия в площади (например, один круг имеет площадь в два раза больше другого). Различия в площади обычно недооцениваются, но есть большие различия в способности людей оценивать двумерные размеры.^[10] Правильно оценить относительный объем оказалось еще сложнее.

Поскольку географические объекты имеют реальный размер на Земле, это не всегда можно контролировать, и иногда это работает вопреки желанию картографа; например, бывает сложно составить карту мира, на которой Россия не выделялась бы. В картограмма размер объектов намеренно искажен, чтобы представить переменную, отличную от площади.

Форма

Стандартные точечные символы национального парка, использующие форму для обозначения различных типов объектов, номинальная переменная.

Фигура - это простой рисунок, который используется для обозначения атрибута на карте.^[11] Форма обычно прикрепляется к точечным объектам на картах. Некоторые формы просты по своей природе и, следовательно, являются более абстрактными, в то время как другие формы более наглядны и позволяют читателю легко понять, что пытается передать.^[12] Некоторые аспекты формы присущи этому явлению, и ими может быть нелегко манипулировать, особенно в символах линий и регионов, таких как форма дороги или страны.^[13] Однако форма по-прежнему может играть роль в символах линий и областей, таких как область, заполненная символами дерева или стрелка на линии. Кроме того, форма объекта может быть намеренно искажена Картографическое обобщение, особенно при создании схематических представлений, таких как многие карты общественного транспорта, хотя это искажение редко используется для передачи информации, только для уменьшения акцента на форме и местоположении.

Цвет: оттенок

Оттенок это свойство визуального восприятия, соответствующее у людей категориям, называемым красный, зеленый, синий, и другие. Карты часто используют оттенок для дифференциации категорий номинальных переменных, таких как типы земного покрова или геологические слои.^[14] Оттенок также часто используется в связи с его психологическими коннотациями, например, красный цвет означает тепло или опасность, а синий - холод или воду.

Цвет: значение / легкость

Плотность населения (переменная на уровне отношения), представленная как значение цвета с интуитивно понятным соответствием (т. Е. Темный цвет похож на большее количество людей). Ценность также устанавливает фигуру-фон (цвет против белого). Оттенок здесь не несет информации, но служит эстетическим целям.

Что касается цвета, ценить относится к тому, насколько светлый или темный объект выглядит. Ценность фактически означает «больше» и «меньше», порядковую меру; это делает его очень полезной формой символов в тематические карты, особенно хороплетные карты. Ценность сильно способствует Визуальная иерархия; элементы, которые больше всего контрастируют с цветом фона, как правило, выделяются больше всего (например, черный на белом листе бумаги, белый на черном экране компьютера).

Цвет: насыщенность / цветность / интенсивность

Синергия насыщенности (цвет против серого), значения (темный против света) и положения (центральность) для прочного установления фигуры-фона и визуальной иерархии

В насыщенность цвета - это его чистота или интенсивность, создаваемая разнообразием света, составляющего его; одна длина волны света имеет наивысшую насыщенность, в то время как белый, черный или серый не имеют насыщенности (представляя собой равномерную смесь всех видимых длин волн). Из трех психологических аспектов цвета это наименее эффективный для передачи конкретной информации, но очень эффективен для установления фигура и визуальная иерархия, при этом яркие цвета обычно выделяются больше, чем приглушенные тона или оттенки серого.

Бертин упоминает насыщенность в своем обсуждении «цвета» (оттенка), но не включает его в качестве отдельной переменной. Однако с 1970-х годов он был включен практически во все списки.^[7]^[8]

Ориентация

Ориентация относится к обозначениям направления и символам, обращенным на карту (иногда их называют «направлением» или «углом»). Хотя он не используется так часто, как многие другие визуальные переменные, он может быть полезен для передачи информации о реальной ориентации функций. Общие примеры включают направление ветра и направление, в котором течет пружина.

Узор / Текстура

Текстура (плотность точек), представляющая заболеваемость (коэффициент или переменная на уровне подсчета), которая дает видимость плотности. Кроме того, насыщенность (цвет против серого) используется для создания визуальной иерархии, а значение (серый против белого) устанавливает контраст между фигурой и фоном для Африки.

Хотя терминология этого аспекта все еще несколько меняется, текстура или же шаблон в этом контексте обычно относится к совокупному символу, состоящему из повторяющихся субсимволов. Сюда могут входить области (например, лес, заполненный небольшими символами точек на дереве) и линейные символы (например, железная дорога с повторяющейся штриховкой). Эти субсимволы могут быть созданы с помощью любой или всех вышеперечисленных визуальных переменных, но несколько переменных применяются к общему шаблону:

Зерно / интервал

Количество пробелов между субсимволами в шаблоне. Французский термин Бертина зерно было переведено как «текстура» в английском издании 1983 г.,^[1] и часто появлялись как таковые в последующих списках, но другие предположили, что детализация или просто зерно это лучший перевод.

Расположение

Упорядоченность расположения субсимволов в шаблоне, как правило, либо с регулярным интервалом в строках и столбцах (часто указывающим на построение человека, например, фруктовый сад), либо с произвольным интервалом (часто указывающим на естественное распределение). Эта переменная впервые появляется в списке Моррисона 1974 г.^[7]

Дополнительные переменные

Иногда предлагался ряд дополнительных переменных. Некоторые из них являются недавними предложениями, основанными на технологиях, а другие - более ранними предложениями, которые вышли из моды.

Позиция

Абсолютное расположение символа в дизайне, заданное как (x, y) координаты. Это было основной частью модели Бертина, который отличал эти «переменные наложения» от других «переменных сетчатки». Картографы в значительной степени исключили его из большинства последующих списков, поскольку местоположение на карте предопределено географией. Однако это очень важно для представления информации в графики и другие визуализации данных; например, позиция - это основной метод визуализации количественных значений в диаграмма рассеяния. Даже в картографии положение становится переменной при маркировке и размещении элементов, не относящихся к карте, на странице. Это также актуально при представлении поля; например, расположение изолиния является абстрактной визуализацией свойства, а не местоположением реального линейного объекта.

Ориентация узора

В обычном расположении - направление, в котором расположены под-символы. Бертин считал это только областью версии основной переменной ориентации, но Моррисон включил ее как отдельную переменную,^[7] вероятно, потому что ориентация отдельных субсимволов может отличаться от угла, под которым они расположены. В последние годы его редко включали, вероятно, из-за общего сокращения использования шаблонов заливки в эпоху цифровой картографии.

Прозрачность / непрозрачность

Прозрачность и нечеткость здесь эффективно используются для обозначения частично совпадающих требований суверенитета.

Эти дополнительные термины относятся к степени, в которой символ смешивается с другими символами в том же месте, создавая иллюзию полупрозрачности символа впереди. Довольно недавнее дополнение, контроль непрозрачности стал обычным явлением в цифровой картографии.^[2] Хотя он редко используется для передачи конкретной информации, он эффективен для уменьшения контраста или сохранения основной информации. Несмотря на широкое распространение, в учебниках упоминается редко.

Четкость / нечеткость

Это степень прорисовки символа с четкими или нечеткими краями. Кратко упоминается в Элементы учебник 1978 г.,^[15], более полно концепция была разработана Алан МакИчрен в 1992 г. как инструмент для представления неопределенности местоположения;^[16] он сначала назвал это фокус, затем выбрал четкость, который был наиболее распространенным термином в последующих списках.

Разрешение

Это метод целенаправленного пикселирование символ или особенность как способ ее обобщения и затемнения, обычно для сообщения некоторой формы неопределенности относительно этой особенности. Это также было впервые представлено в этом контексте МакИахреном,^[16] но обычно не используется и с тех пор упоминается редко.^[2] В более широком смысле, это также может относиться к общему уровню детализации символа, который используется чаще, чем пикселизация, особенно в контексте картографическое обобщение.

Высота

На трехмерных картах перспективы обычно вытягивают формы в направлении z, так что высота представляет свойство.^[17]

Невизуальные переменные

Следуя широко распространенной полезности переменных Бертена, картографы предложили аналогичные наборы контролируемых переменных для носителей помимо статических бумажных карт:

Динамические / анимированные карты: Продолжительность, порядок / последовательность, скорость изменения, время отображения, частота изменения, синхронизация (нескольких серий). Многие из них получили широкое распространение.^[18]^[19]
Тактильные (сенсорные) карты: Вибрация, Флаттер, Давление, Температура, Сопротивление, Трение, Местоположение, Высота / Подъем и аналоги большинства основных визуальных переменных.^[20]^[21]
Звук: Местоположение, Громкость, Высота, Регистр, Тембр, Продолжительность, Скорость изменения, Порядок (последовательный), Атака / Затухание.^[22] На сегодняшний день звук редко используется для кодирования информации на картах и информационных дисплеях.

Визуализация информации

По словам Бертена, каждая из визуальных переменных предполагает свой собственный способ восприятия и интерпретации, который МакИхрен связывает с когнитивной теорией Схема изображения (например, размер: большой-маленький ~ больше-меньше).^[9]. Эти режимы позволяют каждой переменной лучше представлять определенные виды информации и служить определенным целям, чем другие. В частности, Бертин вводит четыре свойства этих переменных, которые напрямую связывают их с их ролью в визуальная иерархия и их способности представлять данные в каждом из уровни измерения.

Ассоциативные переменные имеют вариации, которые можно мысленно подавить, так что они легко группируются вместе, ни одна из них не выделяется естественным образом среди других, поэтому они не вносят большой вклад в визуальную иерархию. Бертен включил в этот список форму, ориентацию, цвет (оттенок) и зерно (расстояние между узорами); Из переменных после 1967 года ориентация и расположение узора также ассоциативны, а возможна насыщенность цвета. Они хорошо подходят для представления номинальных переменных.
- В отличие, Диссоциативные переменные имеют вариации, которые труднее игнорировать, потому что одни ценности выделяются намного больше, чем другие; поэтому они играют важную роль в визуальной иерархии. Размер и значение являются исходными членами этой группы, 3-мерная высота, насыщенность цвета, прозрачность, четкость и разрешение также диссоциативны.
Селективные переменные являются ли они с достаточно сильными вариациями, чтобы читатель мог отделить одно значение от всех других (например, «где все синие точки?» среди точек разных оттенков). Все диссоциативные переменные также являются выборочными, плюс интервал между узорами и оттенок (и расположение узоров после 1967 года). Как правило, они лучше подходят для представления точной информации, чем неизбирательные переменные (Ориентация и Форма, хотя даже их можно сделать выборочными, если сделать их достаточно четкими).
Упорядоченные переменные показать четкий линейный порядок между разными значениями. Бертен перечислил размер, стоимость и зерно в соответствии с заказом; позже упорядоченные переменные будут включать высоту, насыщенность, прозрачность, четкость и разрешение. Такой порядок делает их полезными для представления порядковых и интервальных данных. Оттенок и ориентация заказываются; не в типичной метафоре «более-менее», а в циклическом порядке. Таким образом, их можно использовать для представления циклических данных.
Количественные переменные имеют значения, которые можно измерить напрямую, и поэтому они лучше всего подходят для представления количественных свойств, особенно уровня отношения. Бертен включил в эту переменную только размер, хотя некоторые утверждают, что величина является количественной, хотя ее труднее измерить, чем размер.

Классификация Бертена редко упоминается как таковая, но полученные в результате предпочтения применимости составляют основную часть символизация, включая возможности размера, значения, насыщенности и разрешения для создания визуальная иерархия, и следующие связи с Стивеном уровни измерения^[2]

Стивенс Уровни и визуальные переменные
Уровень	Различие	Предпочтительные переменные	Маржинальные переменные	Примеры
Номинальный	Такой же или другой	Цвет, оттенок, форма	Расположение узора, ориентация	Владелец, Тип объекта
Иерархический	Степень качественного различия	Цветовой оттенок	Форма, расположение	Языки, Геологическая формация
Порядковый	Заказ	Значение цвета, насыщенность цвета, прозрачность, четкость	Размер, высота, оттенок цвета, расстояние между узорами	Социоэкономический статус (богатые, средний класс, бедные)
Интервал	Величина количественной разницы	Значение цвета	Размер, насыщенность цвета, непрозрачность, оттенок	Температура, Год
Соотношение	Пропорциональная разница	Размер, высота, значение цвета	Прозрачность, расстояние между узорами	Статистика роста населения, плотность населения
Циклический	Угловая разница	Цветовой оттенок, ориентация		День года, Аспект местности

Использование в символизации карты

Каждая из этих переменных может использоваться для передачи информации, обеспечения контраста между различными функциями и уровнями, для установления контраст фигуры с фоном и ясный визуальная иерархия, или добавить к карте эстетической привлекательности.

Символы карты обычно используют одновременно несколько визуальных переменных. Это можно использовать для усиления изображения отдельного свойства; например, столица, имеющая символ, который больше и отличается по форме от других городов, или цветовая шкала на хороплет карта от бледно-желтого до темно-зеленого, используя как оттенок, так и значение. В качестве альтернативы могут использоваться разные визуальные переменные для представления разных свойств; например, символы городов могут различаться по размеру для обозначения населения и по форме для обозначения столиц провинций и государств. Некоторые визуальные переменные можно гармонично комбинировать, чтобы сделать карту более ясной и информативной, тогда как другие комбинации, как правило, добавляют больше путаницы, чем полезности. Например, ранние эксперименты с использованием Чернов лица на картах были раскритикованы как трудно интерпретируемые правильно.^[23]