Zmienna wizualna
Zmienna wizualna , w projektowaniu kartograficznym , graficznym i wizualizacji danych , jest aspektem obiektu graficznego, który może wizualnie odróżnić go od innych obiektów i może być kontrolowany podczas procesu 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 wykorzystania; koncepcja i zestaw zmiennych zostały od tego czasu rozszerzone, zwłaszcza w kartografii, gdzie stały się podstawową zasadą edukacji i praktyki.
Historia
Techniki graficzne były stosowane 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 akademickiej dyscypliny badawczej w połowie XX wieku. W The Look of Maps (1952), często uważanym za genezę 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 „musujące” (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 ustalają 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, korzystając z szerokiej gamy danych. Widząc powtarzające się wzorce, stworzył system symbolizowania informacji jakościowych i ilościowych, najwyraźniej inspirowany naukami semiotycznymi , ludzkim wzrokiem i psychologią Gestalt (czasami trudno to stwierdzić, ponieważ jego wczesne prace rzadko cytują jakiekolwiek źródła), którego kulminacją jest Sémiologie Graphique . Pomimo doświadczenia w kartografii i czerpania wielu pomysłów 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 generalizacji kartograficznej , nie cytując ani Bertina, ani Robinsona, ale mówiąc, że była to „tradycyjna kategoryzacja”, co sugeruje jej powszechny charakter w tym momencie. Zaproponowano kilka terminów dla tego zestawu kategorii, w tym „zmienne siatkówkowe” Bertina (używane do odróżnienia ich od jego dwóch zmiennych lokalizacji przestrzennej), a także „zmienne graficzne”, „wymiary symboli” i „podstawowe elementy graficzne”, zanim ostatecznie decydując się na „zmienne wizualne”, używane obecnie prawie powszechnie (w języku angielskim).
Bertinowi w dużej mierze przypisuje się system zmiennych wizualnych; chociaż nie był pierwszym, który wspomniał o tym pomyśle, Sémiologie Graphique był pierwszym systematycznym i teoretycznym podejściem, a jego ogólne podejście do symbolizacji graficznej jest nadal w użyciu, z niewielkimi modyfikacjami. Wbrew tytułowi pracy Bertina zawierała ona właściwie niewiele odniesień do wiedzy naukowej z zakresu semiotyki lub jakikolwiek inny i był przede wszystkim praktycznym podsumowaniem wzorców, które znalazł w praktyce. „Prawda” koncepcji zmiennych wizualnych została w dużej mierze ustalona przez jej powszechną i długotrwałą akceptację. Trzydzieści lat później MacEachren połączył wsparcie naukowe 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 , ludzkiego wzroku i 40 lat badań kartograficznych .
Najwcześniejsze listy zwykle sugerowały sześć zmiennych: rozmiar lokalizacji, kształt, wartość, odcień, orientację i ziarno (odstępy między wzorami). Do tej listy zasugerowano kilka uzupełnień, z których kilka wpisało się do list kanonicznych znajdujących się w podręcznikach, podczas gdy inne sugestie zostały w dużej mierze porzucone w kartografii. Wraz z rozwojem multimediów jako narzędzia kartograficznego zaprezentowano również analogiczne zestawy niewizualnych zmiennych komunikacyjnych.
Podstawowe zmienne wizualne
Począwszy od Robinsona i Bertina, podstawowy zestaw zmiennych wizualnych stał się w dużej mierze kanoniczny, pojawiając się w podręcznikach do kartografii i wizualizacji informacji oraz w jakiejś formie wbudowany w większość programów do projektowania.
Rozmiar
Rozmiar symbolu to ilość zajmowanego przez niego miejsca. Zwykle odnosi się to do obszaru symboli punktów i grubości symboli linii. Różnice wielkości są stosunkowo łatwe do rozpoznania, dzięki czemu jest to użyteczna zmienna do przekazywania informacji, takich jak ilość czegoś lub względna ważność. 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 większe pole od drugiego). Takie oszacowania są najdokładniejsze z kwadratów. Różnice powierzchni kręgów są generalnie niedoceniane, ale istnieje duża różnica między ludźmi w zdolności oszacowania rozmiaru dwuwymiarowego. Prawidłowe oszacowanie objętości względnej okazało się jeszcze trudniejsze.
Ponieważ cechy geograficzne mają rzeczywisty rozmiar na Ziemi, nie zawsze można to kontrolować, a czasami działa to wbrew życzeniom kartografa; na przykład może być trudno stworzyć mapę świata, na której Rosja się nie wyróżnia. W kartogramie rozmiar obiektów jest celowo zniekształcony, aby reprezentować zmienną inną niż powierzchnia.
Kształt
Kształt to prosty projekt używany do symbolizowania atrybutu na mapie. Kształt jest najczęściej dołączany 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 zrozumieć, co próbuje się przekazać. 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 grotem strzałki na linii. Ponadto kształt obiektu może zostać celowo zniekształcony Uogólnienie kartograficzne , zwłaszcza podczas tworzenia schematycznych przedstawień, takich jak wiele map tranzytowych , chociaż to zniekształcenie jest rzadko używane do przekazywania informacji, tylko w celu zmniejszenia nacisku na kształt i lokalizację.
Kolor
Kolor: odcień
Odcień to wizualna właściwość percepcyjna odpowiadająca u ludzi kategoriom zwanym czerwonym , zielonym , niebieskim i innym. Mapy często wykorzystują odcień do rozróżnienia kategorii zmiennych nominalnych, takich jak typy pokrycia terenu lub warstwy geologiczne. Odcień jest również często używany ze względu na swoje psychologiczne konotacje, takie jak czerwony sugerujący ciepło lub niebezpieczeństwo, a niebieski oznaczający zimno lub wodę.
Kolor: wartość/jasność
Jako aspekt koloru, wartość odnosi się do tego, jak jasny lub ciemny wydaje się obiekt. Wartość skutecznie oznacza „więcej” i „mniej”, miarę porządkową; czyni go to bardzo użyteczną formą symboliki na mapach tematycznych , zwłaszcza kartogramach . Wartość silnie przyczynia się do hierarchii wizualnej ; elementy najbardziej kontrastujące z wartością tła są najbardziej widoczne (np. czerń na białej kartce papieru, biel na czarnym ekranie komputera).
Kolor: nasycenie/chromatyczny/intensywność
.svg)
Nasycenie koloru to jego czystość lub intensywność, stworzona przez różnorodność tworzącego go światła ; pojedyncza długość fali światła ma największe nasycenie, podczas gdy biel, czerń lub szarość nie ma nasycenia (będąc równomierną mieszanką wszystkich widzialnych długości fal). Z trzech psychologicznych aspektów koloru jest on najmniej skuteczny w przekazywaniu konkretnych informacji, ale jest bardzo skuteczny w ustalaniu hierarchii postaci i tła , przy czym jasne kolory na ogół wyróżniają się bardziej niż wyciszone tony lub odcienie szarości.
Bertin wspomina o nasyceniu w swoim omówieniu „koloru” (odcienia), ale nie uwzględnił go jako odrębnej zmiennej. Jednak od lat 70. znajduje się na prawie wszystkich listach
Orientacja
Orientacja odnosi się do etykiet i symboli kierunku skierowanych na mapie (czasami nazywanych „kierunkiem” lub „kątem”). Chociaż nie jest używany tak często, jak wiele innych zmiennych wizualnych, może być przydatny do przekazywania informacji o rzeczywistej orientacji obiektów. Typowe przykłady obejmują kierunek wiatru i kierunek, w którym płynie źródło.
Wzór/tekstura
Chociaż terminologia dotycząca tego aspektu nadal nieco się różni, tekstura lub wzór w tym kontekście ogólnie odnosi się do symbolu zbiorczego złożonego z powtarzających się podsymboli. Może to obejmować obszary (takie jak las wypełniony małymi symbolami punktów drzew) i symbole linii (takie jak linia kolejowa z powtarzającymi się kreskami). Te podsymbole mogą być tworzone przez dowolne lub wszystkie z powyższych zmiennych wizualnych, ale kilka zmiennych ma zastosowanie do ogólnego wzorca:
Ziarno/Odstępy
Ilość odstępu między symbolami podrzędnymi we wzorcu. Francuski termin Bertina ziarno został przetłumaczony jako „tekstura” w wydaniu angielskim z 1983 r. I często pojawiał się jako taki na kolejnych listach, ale inni sugerowali, że lepszym tłumaczeniem jest ziarnistość lub po prostu ziarno .
Układ
Porządek rozmieszczenia symboli podrzędnych we wzorze, zwykle rozmieszczonych w regularnych odstępach w rzędach i kolumnach (często wskazujących na konstrukcję ludzką, np. sad) lub w odstępach losowych (często wskazujących na naturalne rozmieszczenie). Ta zmienna po raz pierwszy pojawia się na liście Morrisona z 1974 roku
Dodatkowe zmienne
Czasami sugerowano szereg dodatkowych zmiennych. Niektóre z nich to najnowsze propozycje oparte na technologii, podczas gdy inne to wcześniejsze wpisy, które wypadły z łask.
Pozycja
Bezwzględna lokalizacja symbolu w projekcie, określona jako współrzędne (x,y) . To była podstawowa część modelu Bertina, który odróżnił te „zmienne narzucone” 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. Jest to jednak 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 układania elementów innych niż mapa na stronie. Jest to również istotne 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 ułożone są symbole podrzędne. Bertin uważał to tylko za wersję obszarową głównej zmiennej orientacji, ale Morrison uwzględnił ją jako oddzielną zmienną, prawdopodobnie dlatego, że orientacja poszczególnych podsymboli może być inna niż kąt, pod jakim są ułożone. W ostatnich latach był rzadko uwzględniany, prawdopodobnie ze względu na ogólny spadek wykorzystania wzorów wypełnień w erze kartografii cyfrowej.
Przejrzystość/nieprzezroczystość
Te dodatkowe terminy odnoszą się do stopnia, w jakim symbol miesza się z innymi symbolami w tym samym miejscu, dając złudzenie, że symbol z przodu jest półprzezroczysty. Dość niedawny dodatek, kontrola nieprzezroczystości, stała się powszechna w kartografii cyfrowej. Chociaż jest rzadko używany do przekazywania określonych informacji, jest skuteczny w zmniejszaniu kontrastu lub zachowywaniu podstawowych informacji. Pomimo powszechnego stosowania rzadko wspomina się o nim w podręcznikach.
Kruchość/mętność
Jest to stopień, w jakim symbol jest rysowany z wyraźnymi lub rozmytymi krawędziami. Pokrótce wspomniana w Elements w 1978 r. Koncepcja ta została pełniej rozwinięta przez Alana MacEachrena w 1992 r. Jako narzędzie do przedstawiania niepewności lokalizacji; najpierw nazwał to ostrością , a następnie wybrał kruchość , która była najczęstszym określeniem w kolejnych zestawieniach.
Rezolucja
Jest to technika celowego pikselowania symbolu lub cechy jako sposobu na jej uogólnienie i zaciemnienie, zwykle w celu przekazania pewnej formy niepewności co do cechy. Zostało to również po raz pierwszy wprowadzone w tym kontekście przez MacEachrena, ale nie jest powszechnie używane i od tamtej pory rzadko się o nim wspomina. Co za tym idzie, może to również odnosić się do ogólnego poziomu szczegółowości symbolu, który jest używany częściej niż pikselacja, zwłaszcza w kontekście uogólnienia kartograficznego .
Wysokość
Na trójwymiarowych mapach perspektywicznych często wyciąga się kształty w kierunku z, tak że wysokość reprezentuje właściwość.
Zmienne niewizualne
Opierając się na powszechnej użyteczności 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 (wielu serii). Wiele z nich weszło do powszechnego użytku.
- Mapy dotykowe (dotykowe) : wibracje, trzepotanie, ciśnienie, temperatura, opór, tarcie, położenie, wysokość/wysokość oraz analogi większości podstawowych zmiennych wizualnych.
- Dźwięk : lokalizacja, głośność, wysokość, rejestr, barwa, czas trwania, tempo zmian, kolejność (sekwencyjna), atak/zanik. Do tej pory dźwięk był rzadko używany do kodowania informacji na mapach i ekranach informacyjnych.
Wizualizacja informacji
Według Bertina każda ze zmiennych wizualnych sugeruje swój własny sposób postrzegania i interpretacji, który MacEachren wiąże z kognitywną teorią schematu obrazu (np. rozmiar: duży-mały ~ więcej-mniej). Te tryby sprawiają, że każda zmienna lepiej nadaje się do reprezentowania pewnych rodzajów informacji i służy określonym celom niż inne. W szczególności Bertin wprowadza cztery właściwości tych zmiennych, które wiążą je bezpośrednio z ich rolą w hierarchii wizualnej oraz z ich zdolnością do reprezentowania danych na każdym z poziomów pomiaru Stevena .
-
Zmienne asocjacyjne mają wariacje, które można stłumić mentalnie, dzięki czemu można je łatwo pogrupować, przy czym żadna z nich nie wyróżnia się naturalnie na tle innych, więc nie wnoszą zbytniego wkładu w hierarchię wizualną. Bertin umieścił na tej liście kształt, orientację, kolor (odcień) i ziarno (odstępy między wzorami); Spośród zmiennych po 1967 roku Orientacja wzoru i Układ są również asocjacyjne, podczas gdy Nasycenie kolorów jest możliwe. Są one dobrze przystosowane do reprezentowania zmiennych nominalnych.
- Natomiast zmienne dysocjacyjne mają odmiany, które są trudniejsze do zignorowania, ponieważ niektóre wartości wyróżniają się znacznie bardziej niż inne; dlatego odgrywają ważną rolę w wizualnej hierarchii. Pierwotnymi członkami tej grupy są Rozmiar i Wartość, wysokość 3-W, Nasycenie kolorów, Przezroczystość, Ostrość i Rozdzielczość również są dysocjacyjne.
- Zmienne selektywne to takie, które mają wystarczająco silne zróżnicowanie, aby czytelnik mógł wyodrębnić jedną wartość od wszystkich innych (np. „gdzie są wszystkie niebieskie punkty?” pośród punktów o różnych odcieniach). Wszystkie zmienne dysocjacyjne są również selektywne, plus odstępy między wzorami i odcień (oraz rozmieszczenie wzorów po 1967 r.). Są one generalnie lepsze do przedstawiania precyzyjnych informacji niż zmienne nieselektywne (Orientacja i Kształt, chociaż nawet one mogą być selektywne, jeśli są wystarczająco wyraźne).
- Uporządkowane zmienne pokazują wyraźny liniowy porządek między różnymi wartościami. Bertin wymienił rozmiar, wartość i ziarno zgodnie z zamówieniem; później uporządkowane zmienne obejmowałyby wysokość, nasycenie, przezroczystość, ostrość i rozdzielczość. Taka kolejność sprawia, że są one przydatne do reprezentowania danych porządkowych i przedziałowych. Odcień i Orientacja są uporządkowane; nie w typowej metaforze „więcej-mniej”, ale w porządku cyklicznym. W ten sposób mogą być używane do reprezentowania danych cyklicznych.
- Zmienne ilościowe mają wartości, które można bezpośrednio zmierzyć, a zatem najlepiej nadają się do reprezentowania właściwości ilościowych, zwłaszcza poziomu wskaźnika. Bertin uwzględnił w tej zmiennej tylko rozmiar, chociaż niektórzy twierdzą, że wartość jest ilościowa, jeśli trudniej ją zmierzyć niż rozmiar.
Klasyfikacja Bertina jest rzadko wspominana jako taka, ale wynikające z niej preferencje zastosowania stanowią rdzeń symbolizacji , w tym moc rozmiaru, wartości, nasycenia i rozdzielczości w celu ustanowienia wizualnej hierarchii oraz następujące powiązania z poziomami pomiaru Stevena
| Poziom | Różnica | Preferowane zmienne | Zmienne krańcowe | Przykłady |
|---|---|---|---|---|
| Nominalny | Taki sam lub inny | Odcień koloru, kształt | Układ wzoru, orientacja | Właściciel, Rodzaj obiektu |
| Hierarchiczny | Stopień różnicy jakościowej | Odcień koloru | Kształt, układ | Języki, formacja geologiczna |
| Porządkowy | Zamówienie | Wartość koloru, Nasycenie koloru, Przezroczystość, Ostrość | rozmiar, wysokość, odcień koloru, odstępy między wzorami | Status społeczno-ekonomiczny (bogaty, klasa średnia, biedny) |
| Interwał | Kwota różnicy ilościowej | Wartość koloru | Rozmiar, nasycenie kolorów, krycie, odcień | Temperatura , rok |
| Stosunek | Różnica proporcjonalna | Rozmiar, wysokość, wartość koloru | Przezroczystość, odstępy między wzorami | Tempo wzrostu liczby ludności, gęstość zaludnienia |
| cykliczny | Różnica kątowa | Odcień koloru, orientacja | Dzień roku, Aspekt terenu |
Użyj w symbolizacji mapy
Każdą z tych zmiennych można wykorzystać do przekazywania informacji, zapewnienia kontrastu między różnymi obiektami i warstwami, ustalenia kontrastu figury z podłożem i jasnej hierarchii wizualnej lub zwiększenia estetyki mapy.
Symbole mapy zwykle wykorzystują jednocześnie wiele zmiennych wizualnych. Można to wykorzystać do wzmocnienia opisu pojedynczej właściwości; na przykład stolica mająca symbol, który jest większy i ma inny kształt niż inne miasta, lub progresja kolorów na mapie kartogramu od bladożółtej do ciemnozielonej, przy użyciu zarówno odcienia, jak i wartości. Alternatywnie, różne zmienne wizualne mogą być używane do reprezentowania różnych właściwości; na przykład symbole miast można rozróżnić według wielkości, aby wskazać populację, oraz według kształtu, aby wskazać stolice prowincji i krajów. Niektóre zmienne wizualne można łączyć harmonijnie, aby mapa była bardziej przejrzysta i zawierała więcej informacji, podczas gdy inne kombinacje powodują więcej zamieszania niż użyteczności. Na przykład wczesne eksperymenty z używaniem Twarze Chernoffa na mapach były krytykowane jako trudne do prawidłowej interpretacji.