Zmienna wizualna - Visual variable

Zmienna wizualny w kartograficznej konstrukcji , grafiki i wizualizacji danych , to aspektem obiektów graficznych, które można odróżnić go wizualnie od innych obiektów i może być kontrolowane w procesie projektowania. Koncepcja została po raz pierwszy usystematyzowana przez Jacquesa Bertina , francuskiego kartografa i grafika, i opublikowana w jego książce Sémiologie Graphique z 1967 roku . Bertin zidentyfikował podstawowy zestaw tych zmiennych i przedstawił wskazówki dotyczące ich stosowania; od tego czasu koncepcja i zestaw zmiennych zostały rozszerzone, zwłaszcza w kartografii, gdzie stały się podstawową zasadą edukacji i praktyki.

Historia

Techniki graficzne są używane na mapach i wykresach statystycznych do przedstawiania informacji niewizualnych od XVII wieku, a wizualizacja informacji rozkwitła w XIX wieku, co zostało podkreślone przez prace Williama Playfaira i Charlesa Josepha Minarda . Jednak bezpośrednie badanie tego abstrakcyjnego wykorzystania wyglądu graficznego rozpoczęło się wraz z pojawieniem się kartografii jako dyscypliny naukowej w połowie XX wieku. W The Look of Maps (1952), często rozważanym jako geneza amerykańskiej teorii kartograficznej, Arthur H. Robinson omówił rolę rozmiaru, kształtu i koloru w ustalaniu kontrastu na mapach. W tym samym czasie we Francji Jacques Bertin opublikował wczesną wersję swojej listy zmiennych wizualnych: kształt, wartość i „musowanie” (ziarno). Robinson w swoim 1960 Elements of Cartography , który szybko stał się dominującym podręcznikiem na ten temat, omówił rozmiar, kształt, kolor i wzór jako cechy symboli map, które tworzą kontrast i reprezentują informacje geograficzne.

Bertin był kartografem w École pratique des hautes études (EPHE) w Paryżu, gdzie tworzył mapy i grafiki dla wykładowców z różnych dyscyplin, wykorzystując różnorodne dane. Widząc powtarzające się wzorce, stworzył system symbolizujący informacje jakościowe i ilościowe, najwyraźniej inspirowany naukami semiotyki , ludzkim wzrokiem i psychologią Gestalt (czasami trudno powiedzieć, ponieważ jego wczesne prace rzadko cytują jakiekolwiek źródła), którego kulminacją jest Sémiologie Graphique . Pomimo wykształcenia w kartografii i wielu pomysłów czerpiącego z oceny map, zamierzał zastosować Sémiologie Graphique we wszystkich formach projektowania graficznego i wizualizacji informacji . Wkrótce pomysł zyskał międzynarodową akceptację; w 1974 roku Joel Morrison przedstawił bardzo podobny system w kontekście uogólnienia kartograficznego , nie cytując ani Bertina, ani Robinsona, ale mówiąc, że jest to „tradycyjna kategoryzacja”, sugerując w tym momencie jej powszechny charakter. Zaproponowano kilka terminów dla tego zestawu kategorii, w tym „zmienne siatkówkowe” Bertina (używane do odróżnienia ich od jego dwóch zmiennych położenia przestrzennego), a także „Zmienne graficzne”, „Wymiary symboli” i „Podstawowe elementy graficzne”. ostatecznie zdecydował się na „zmienne wizualne”, które są dziś używane prawie powszechnie (w języku angielskim).

Bertinowi w dużej mierze przypisywano system zmiennych wizualnych; mimo że nie był pierwszym, który wspomniał o tym pomyśle, Sémiologie Graphique było pierwszym systematycznym i teoretycznym podejściem, a jego ogólne podejście do symbolizacji graficznej jest nadal w użyciu, z niewielkimi modyfikacjami. Pomimo tytułu pracy Bertina, w rzeczywistości zawierała ona niewiele odniesień do wiedzy naukowej z dziedziny semiotyki lub jakiejkolwiek innej, a była przede wszystkim praktycznym podsumowaniem wzorców, które znalazł w praktyce. „Prawdziwość” koncepcji zmiennych wizualnych została w dużej mierze ustalona przez jej powszechną i długotrwałą akceptację. Trzydzieści lat później MacEachren połączył naukowe wsparcie dla tego i innych aspektów projektowania kartograficznego w How Maps Work , łącząc badania z zakresu semiotyki (zwłaszcza semiotycznej teorii Charlesa Sandersa Peirce'a ), psychologii Gestalt , ludzkiej wizji i 40 lat badań kartograficznych .

Najwcześniejsza zawiera najczęściej sugerowane sześć zmiennych: rozmiar lokalizacji, kształt, wartość, odcień, orientację i ziarno (odstępy między wzorami). Do tej listy zasugerowano kilka dodatków, z których kilka znalazło się na listach kanonicznych znalezionych w podręcznikach, podczas gdy inne sugestie zostały w dużej mierze odrzucone w kartografii. Wraz z pojawieniem się multimediów jako narzędzia kartograficznego, zaprezentowano również analogiczne zestawy pozawizualnych zmiennych komunikacyjnych.

Podstawowe zmienne wizualne

Zaczynając od Robinsona i Bertina, podstawowy zestaw zmiennych wizualnych stał się w dużej mierze kanoniczny, pojawiając się w podręcznikach do kartografii i wizualizacji informacji, a także w jakiejś formie wbudowany w większość oprogramowania do projektowania.

Rozmiar

Kartogramu stanowiących populacji (stosunek lub zliczania poziom właściwości) wielkości.

Rozmiar symbolu to ilość zajmowanego miejsca. Zwykle odnosi się to do obszaru symboli punktów i grubości symboli linii. Różnice wielkości są stosunkowo łatwe do rozpoznania, co sprawia, że ​​jest to użyteczna zmienna do przekazywania informacji, takich jak ilościowa ilość czegoś lub względne znaczenie. Badania wykazały, że ludzie lepiej oceniają względne różnice w odległości liniowej (np. Jedna droga jest dwa razy grubsza od drugiej) niż względne różnice w obszarze (np. Jedno koło ma dwukrotnie większą powierzchnię). Takie szacunki są najdokładniejsze z kwadratów. Różnice powierzchni okręgów są na ogół niedoceniane, ale istnieje duże zróżnicowanie między ludźmi w zakresie zdolności szacowania dwuwymiarowych rozmiarów. Prawidłowe oszacowanie ilości względnej okazało się jeszcze trudniejsze.

Ponieważ cechy geograficzne mają rzeczywisty rozmiar na Ziemi, nie zawsze można to kontrolować, a czasami działa wbrew woli kartografa; na przykład trudno jest stworzyć mapę świata, na której Rosja nie wyróżnia się. W anamorfozie rozmiar cech jest celowo zniekształcony, aby przedstawić zmienną inną niż obszar.

Kształt

Standardowe symbole punktowe Parku Narodowego, wykorzystujące kształt do reprezentowania różnych typów obiektów, zmienna nominalna.

Kształt to prosty projekt używany do symbolizowania atrybutu na mapie. Kształt jest najczęściej przypisywany do obiektów punktowych na mapach. Niektóre kształty są z natury proste, a przez to bardziej abstrakcyjne, podczas gdy inne kształty są bardziej obrazowe i czytelnikowi łatwo jest pojąć, co ma być przekazane. Niektóre aspekty kształtu są nieodłączne dla tego zjawiska i mogą być trudne do manipulowania, zwłaszcza w symbolach linii i regionów, takich jak kształt drogi lub kraju. Jednak kształt może nadal odgrywać rolę w symbolach linii i regionów, takich jak region wypełniony symbolami drzewa lub grot strzałki na linii. Ponadto kształt obiektu może być celowo zniekształcony przez generalizację kartograficzną , zwłaszcza podczas tworzenia schematycznych reprezentacji, takich jak wiele map tranzytowych , chociaż zniekształcenie to jest rzadko wykorzystywane do przekazywania informacji, a jedynie w celu zmniejszenia nacisku na kształt i lokalizację.

Kolor: odcień

Odcień to wizualna właściwość percepcyjna odpowiadająca u ludzi kategoriom zwanym czerwonym , zielonym , niebieskim i innym. Mapy często używają odcienia do rozróżniania kategorii zmiennych nominalnych, takich jak rodzaje pokrycia terenu lub warstwy geologiczne. Odcień jest również często używany ze względu na jego psychologiczne konotacje, takie jak czerwony oznacza ciepło lub niebezpieczeństwo, a niebieski oznacza zimno lub wodę.

Kolor: wartość / lekkość

Gęstość zaludnienia (zmienna na poziomie współczynnika) przedstawiona jako wartość koloru, z intuicyjną zgodnością (tj. Ciemność wygląda na większą liczbę osób). Wartość określa również podstawę figury (kolor a biel). Hue nie przenosi tutaj informacji, ale służy celom estetycznym.

Jako aspekt koloru wartość odnosi się do tego, jak jasny lub ciemny jest obiekt. Wartość skutecznie oznacza „więcej” i „mniej”, miarę porządkową; sprawia to, że jest to bardzo użyteczna forma symboliki na mapach tematycznych , zwłaszcza kartogramach . Wartość ma duży wpływ na hierarchię wizualną ; elementy, które najbardziej kontrastują z wartością tła, zwykle wyróżniają się najbardziej (np. czerń na białej kartce papieru, biel na czarnym ekranie komputera).

Kolor: nasycenie / chroma / intensywność

Synergia nasycenia (kolor kontra szarość), wartość (ciemność kontra światło) i pozycja (centralność) w celu silnego ustalenia podstawy figury i hierarchii wizualnej

Nasycenie koloru jest jej czystość lub natężenia, utworzony przez wiele lekkich tej kombinacji; pojedyncza długość fali światła ma najwyższe nasycenie, podczas gdy biel, czerń lub szarość nie mają nasycenia (będąc równą mieszaniną wszystkich widzialnych długości fal). Spośród trzech psychologicznych aspektów koloru najmniej skuteczny w przekazywaniu konkretnych informacji jest jednak bardzo skuteczny w ustalaniu podstawy figury i wizualnej hierarchii , przy czym jasne kolory generalnie wyróżniają się bardziej niż przytłumione tony lub odcienie szarości.

Bertin wspomina o nasyceniu w swojej dyskusji na temat „koloru” (barwy), ale nie uwzględnił go jako odrębnej zmiennej. Jednak od lat 70. figuruje na prawie wszystkich listach

Orientacja

Orientacja odnosi się do kierunków, w które skierowane są etykiety i symbole na mapie (czasami nazywane „kierunkiem” lub „kątem”). Chociaż nie jest używany tak często, jak wiele innych zmiennych wizualnych, może być przydatny do przekazywania informacji o orientacji funkcji w świecie rzeczywistym. Typowe przykłady obejmują kierunek wiatru i kierunek, w którym płynie sprężyna.

Wzór / tekstura

Tekstura (gęstość kropek) reprezentująca częstość występowania choroby (współczynnik lub zmienna zliczania), która daje wrażenie gęstości. Ponadto nasycenie (kolor kontra szarość) służy do tworzenia wizualnej hierarchii, a wartość (szarość kontra biel) ustanawia kontrast figury-podstawy dla Afryki.

Chociaż terminologia dotycząca tego aspektu wciąż się nieco różni, tekstura lub wzór w tym kontekście ogólnie odnosi się do zagregowanego symbolu złożonego z powtarzających się symboli podrzędnych. Może to obejmować obszary (takie jak las wypełniony małymi symbolami punktów drzew) i symbole linii (takie jak linia kolejowa z powtarzającymi się kreskami). Te symbole podrzędne mogą być tworzone przez dowolną lub wszystkie z powyższych zmiennych wizualnych, ale kilka zmiennych ma zastosowanie do ogólnego wzorca:

Ziarno / odstępy

Ilość odstępów między symbolami podrzędnymi we wzorcu. Francuski termin ziarno Bertina został przetłumaczony jako „tekstura” w wydaniu angielskim z 1983 roku i często pojawiał się jako taki na kolejnych listach, ale inni sugerowali, że lepszym tłumaczeniem jest ziarnistość lub po prostu ziarno .

Układ

Uporządkowanie rozmieszczenia symboli podrzędnych we wzorze, zazwyczaj rozmieszczone regularnie w rzędach i kolumnach (często wskazujące na ludzką konstrukcję, taką jak sad) lub losowo rozmieszczone (często wskazujące na naturalny rozkład). Ta zmienna pojawia się po raz pierwszy na liście Morrisona z 1974 roku

Dodatkowe zmienne

Czasami sugerowano szereg dodatkowych zmiennych. Niektóre z nich to najnowsze propozycje technologiczne, podczas gdy inne to wcześniejsze wpisy, które wypadły z łask.

Pozycja

Bezwzględne położenie symbolu w projekcie, określone jako współrzędne (x, y) . To była podstawowa część modelu Bertina, który odróżniał te „zmienne impozycji” od innych „zmiennych siatkówkowych”. Zostało to w dużej mierze usunięte z większości kolejnych list przez kartografów, ponieważ położenie na mapie jest z góry określone przez geografię. Jednak jest to kluczowe dla przedstawiania informacji na wykresach i innych wizualizacjach danych; na przykład pozycja jest główną metodą wizualizacji wartości ilościowych na wykresie rozrzutu . Nawet w kartografii pozycja staje się zmienną podczas etykietowania i rozmieszczania elementów, które nie są mapami na stronie. Ma to również znaczenie przy reprezentowaniu pól ; na przykład lokalizacja izolinii jest abstrakcyjną wizualizacją właściwości, a nie lokalizacją rzeczywistego obiektu liniowego.

Orientacja wzoru

W regularnym układzie kierunek, w którym symbole podrzędne są ustawione w szyku. Bertin uważał to tylko za obszarową wersję podstawowej zmiennej orientacji, ale Morrison uwzględnił ją jako oddzielną zmienną, prawdopodobnie dlatego, że orientacja poszczególnych symboli podrzędnych może być inna niż kąt, pod jakim są ustawione. W ostatnich latach rzadko była uwzględniana, prawdopodobnie ze względu na ogólny spadek wykorzystania wzorów wypełnienia w erze kartografii cyfrowej.

Przezroczystość / krycie

Przejrzystość i niejasność są tutaj skutecznie stosowane, aby wskazać nakładające się roszczenia do suwerenności.

Te dodatkowe terminy odnoszą się do stopnia, w jakim symbol łączy się z innymi symbolami w tym samym miejscu, dając złudzenie, że symbol z przodu jest przezroczysty. Dość niedawny dodatek, kontrola nieprzezroczystości stała się powszechna w kartografii cyfrowej. Chociaż rzadko jest używany do przekazywania określonych informacji, jest skuteczny w zmniejszaniu kontrastu lub zachowaniu podstawowych informacji. Pomimo szerokiego stosowania, rzadko pojawia się w podręcznikach.

Chrupkość / niewyraźność

Jest to stopień, w jakim symbol jest rysowany z ostrymi lub rozmytymi krawędziami. Krótko wspomniana w podręczniku Elements w 1978 r., Koncepcja została w pełni rozwinięta przez Alana MacEachrena w 1992 r. Jako narzędzie do przedstawiania niepewności lokalizacyjnej; najpierw nazwał to skupieniem , potem wybrał kruchość , która była najczęściej określana na kolejnych listach.

Rozkład

Jest to technika celowego pikselowania symbolu lub cechy jako sposób na uogólnienie i zaciemnienie go, zwykle w celu zakomunikowania jakiejś niepewności co do tej cechy. Zostało to również po raz pierwszy wprowadzone w tym kontekście przez MacEachren, ale nie jest powszechnie używane i od tego czasu rzadko się o nim wspomina. W konsekwencji może to również odnosić się do ogólnego poziomu szczegółowości symbolu, który jest używany częściej niż pikselizacja, zwłaszcza w kontekście generalizacji kartograficznej .

Wysokość

Na trójwymiarowych mapach perspektywicznych kształty są często wyciągane w kierunku z, więc wysokość reprezentuje właściwość.

Zmienne niewizualne

Kierując się powszechną użytecznością zmiennych Bertina, kartografowie zaproponowali analogiczne zestawy kontrolowanych zmiennych dla mediów poza statycznymi mapami papierowymi:

• Mapy dynamiczne / animowane : czas trwania, kolejność / sekwencja, tempo zmian, czas wyświetlania, częstotliwość zmian, synchronizacja (z wielu serii). Wiele z nich weszło do powszechnego użytku.
• Mapy dotykowe (dotykowe) : wibracje, trzepotanie, ciśnienie, temperatura, opór, tarcie, lokalizacja, wysokość / wysokość i analogi większości głównych zmiennych wizualnych.
• Dźwięk : lokalizacja, głośność, wysokość, rejestr, barwa, czas trwania, tempo zmian, porządek (sekwencyjny), atak / zanik. Do tej pory dźwięk był rzadko używany do kodowania informacji na mapach i wyświetlaczach informacyjnych.

Wizualizacja informacji

Według Bertina każda ze zmiennych wizualnych sugeruje własny sposób postrzegania i interpretacji, który MacEachren wiąże z poznawczą teorią schematu obrazu (np. Rozmiar: duży-mały ~ więcej-mniej). Te tryby sprawiają, że każda zmienna lepiej niż inne reprezentuje określone rodzaje informacji i służy określonym celom. W szczególności Bertin wprowadza cztery właściwości tych zmiennych, które wiążą je bezpośrednio z ich rolą w wizualnej hierarchii i ich zdolnością do reprezentowania danych na każdym z poziomów pomiaru Stevena .

• Zmienne asocjacyjne mają wariacje, które można stłumić psychicznie, dzięki czemu można je łatwo zgrupować, a żadna z nich nie wyróżnia się naturalnie na tle innych, więc nie wnoszą dużego wkładu do hierarchii wizualnej. Bertin uwzględnił na tej liście Kształt, Orientację, Kolor (Barwa) i Ziarnistość (Odstępy wzoru); Spośród zmiennych występujących po 1967 r. Orientacja wzoru i układ są również asocjatywne, podczas gdy nasycenie kolorów jest możliwe. Są one dobrze przystosowane do przedstawiania zmiennych nominalnych.
  • Natomiast zmienne dysocjacyjne mają odmiany, które trudniej zignorować, ponieważ niektóre wartości wyróżniają się znacznie bardziej niż inne; w związku z tym odgrywają ważną rolę w wizualnej hierarchii. Rozmiar i wartość są oryginalnymi członkami tej grupy, wysokość 3-D, nasycenie kolorów, przezroczystość, wyrazistość i rozdzielczość również są dysocjacyjne.
• Zmienne selektywne to takie, które mają dostatecznie dużą zmienność, aby czytelnik mógł oddzielić jedną wartość od wszystkich innych (np. „Gdzie są wszystkie niebieskie punkty?” Pośród punktów o różnych odcieniach). Wszystkie zmienne dysocjacyjne są również selektywne, a także odstępy między wzorcami i odcień (oraz układ wzorców po 1967 r.). Są one generalnie lepsze do przedstawiania precyzyjnych informacji niż zmienne nieselektywne (orientacja i kształt, chociaż nawet można je uczynić selektywnymi, jeśli są wystarczająco wyraźne).
• Uporządkowane zmienne pokazują wyraźny liniowy porządek między różnymi wartościami. Bertin podał rozmiar, wartość i ziarno zgodnie z zamówieniem; później uporządkowane zmienne obejmowały wysokość, nasycenie, przezroczystość, wyrazistość i rozdzielczość. Taka kolejność sprawia, że ​​są one przydatne do reprezentowania danych porządkowych i przedziałowych. Barwa i Orientacja są uporządkowane; nie w typowej metaforze „mniej-więcej”, ale w porządku cyklicznym. Dzięki temu mogą być używane do reprezentowania danych cyklicznych.
• Zmienne ilościowe mają wartości, które można zmierzyć bezpośrednio, a zatem najlepiej nadają się do reprezentowania właściwości ilościowych, zwłaszcza poziomu współczynnika. Bertin uwzględnił tylko rozmiar w tej zmiennej, chociaż niektórzy twierdzą, że wartość jest ilościowa, jeśli trudniej ją zmierzyć niż rozmiar.

Klasyfikacja Bertina jest rzadko wymieniana jako taka, ale wynikowe preferencje dotyczące stosowalności stanowią rdzeń symbolizacji , w tym moc Rozmiaru, Wartości, Nasycenia i Rozdzielczości do ustalenia wizualnej hierarchii , a także powiązania z poziomami pomiaru Stevena

Użyj w symbolizacji mapy

Każda z tych zmiennych może być wykorzystana do przekazywania informacji, do zapewnienia kontrastu między różnymi cechami i warstwami, do ustalenia kontrastu między figurą a podłożem i jasnej hierarchii wizualnej lub do zwiększenia estetyki mapy.

Symbole na mapie często wykorzystują jednocześnie wiele zmiennych wizualnych. Można to wykorzystać do wzmocnienia opisu pojedynczej właściwości; na przykład stolica, której symbol jest większy i ma inny kształt niż inne miasta, lub progresja kolorów na kartogramie od bladożółtego do ciemnozielonego, przy użyciu zarówno odcienia, jak i wartości. Alternatywnie, różne zmienne wizualne mogą być używane do reprezentowania różnych właściwości; na przykład symbole miast mogą być zróżnicowane pod względem wielkości, aby wskazać populację, oraz kształtu, aby wskazać stolice prowincji i państw. Niektóre zmienne wizualne można harmonijnie łączyć, aby mapa była bardziej przejrzysta i zawierała więcej informacji, podczas gdy inne kombinacje zwykle wprowadzają więcej zamieszania niż użyteczności. Na przykład wczesne eksperymenty z użyciem twarzy Chernoffa na mapach zostały skrytykowane jako trudne do poprawnej interpretacji.

Bibliografia