数字图书馆中的信息可视化技术

作者简介:石明芳,女,1965年生,馆员,研究方向为图书馆学。

数字图书馆中的信息可视化技术Technology of Information Visualization in Digital Library石明芳(苏州大学图书馆 苏州 215006)摘 要 阐述信息可视化的概念、技术、研究现状,介绍利用信息可视化建立可视数字图书馆的一些关键技术,并指出未来可视数字图书馆的发展趋势。

关键词 信息可视化 数字图书馆 人机交互 信息网格 信息可视化是充分利用人们对可视模式快速识别的自然能力将数据信息和知识转化为一种视觉形式的过程[1]。

研究范畴是如何绘制关心对象的可视化属性和如何把非空间抽象信息映射为有效的可视化形式的问题[2]。

随着因特网的迅猛发展、Web 信息的增加,用户要在信息海洋里查找信息,就像大海捞针一样。

信息可视化则可以将信息和数据转换为人们可以直观、形象理解的图形或图像表达方式,从而大大加快数据的处理速度,使时刻都在产生的海量数据得到有效利用,为计算机用户提供更为快捷、有效的服务。

因此,信息可视化成为情报学研究的新领域,在美国是情报学研究的热点与前沿问题。

数字图书馆是知识、信息中心。

在网络环境中,大量的信息、知识被数字化,存储在各式各样的数据库、知识库、数据仓库和知识仓库中。

将信息可视化技术引入其中,给信息以形象和智能,这无疑会大大加快数据的处理速度,使数字图书馆中的海量数据得到有效的利用,并可以在人与数据、人与人之间实现图像通信。

1 信息可视化1.1 信息可视化参考模型 信息可视化可以被看作是从数据信息到可视化形式再到人的感知系统的可调节的映射,Card 等[2]提出的简单的参考模型如图1所示。

信息可视化要解决的主要问题就是上述参考模型中的映射、变换及交互控制。

图1 信息可视化参考模型1.2 信息可视化发展现状和研究热点 近年来,国际上对信息可视化专题进行了广泛而深入的研究,取得了一些重要进展。

这些进展和研究成果的展示与交流体现在一些国际研讨会及其论文集中。

信息可视化作为一个新的科学领域,目前绝大多数研究工作都还处在发展新技术和构建一些新系统方面。

同时,也已经开始出现一些信息可视化方面的实用工具。

下面针对数字图书馆中信息可视化的需要,并据Shneiderman 的数据类型划分[3],介绍几个当前信息可视化领域研究的热点问题。

1.2.1 一维信息的可视化。

一维信息就是简单的线性数据,如文本或者数字表格。

最常见的一维信息可能就是文本信息,如电子邮件、因特网文档、科学论文、报纸文章等等。

大多情况下,不必对文本信息进行可视化。

然而,在某些情况下,借助信息可视化技术可以增强文本信息的效用,以便用户浏览,或者通过链接将同一文档的不同部分联系在一起,快捷地从文本信息中获取所需要的内容和知识。

文本信息可视化主要分为两类:一类是对单文本的可视化,另一类是对大型文本集合的可视化。

对于大型文档集合的研究主要是:美国西北太平洋国家实验室提出的被称作SPIRE(Spatial Paradigm for Informa -tion Retrieval and Exploration)的信息访问和可视化分析工具[4];James 等人提出的T hemespace 方法[5];M IT 的可视化语言组进行的虚拟莎士比亚项目(Virtual Shakespeare Project)[6];T ile -Bars [7]系统将相同信息作为标准查询结果,而对于其它一些有用信息则利用可视化技术来表示。

另外的系统还有Document Lens [8]和Georg i a T ech Information M ural 项目[9]。

1.2.2 二维信息的可视化。

二维信息是由在空间体现的两种主要属性构成的信息。

这种可视化能够提供复杂数据的全部视图,以便于浏览者能看清模式和关系,而用文本表示法就很难看清。

数字图书馆文档库里的相关文档,也是二维信息。

L in [10]的Sitemap 显示利用map metaphor 作为可视化集合中的文档组的方法,根据单词在文档和集合中使用的频率,将集合中的文档索引和指定到一个组。

1.2.3 多维信息的可视化。

多维信息是指在信息可视化环境中具有三维或三维以上属性的信息。

信息可视化不仅用图像来显示多维的非空间数据,使用户加深对数据含义的理Journal of Information No.7,2006情报杂志2006年第7期解,而且用形象直观的图像来指引检索过程,加快检索速度。

因此多维信息的可视化是信息可视化的一个重要目标。

Card等人[11]利用文档和Web页的三维表示提高在Web网获取信息的速度,而提出了WebBook和WebForager方法。

M aryland大学的人机交互实验室的Ahlberg[12]等研究者提出了一种动态查询的框架结构。

基于这种可视多维信息的框架结构产生了一系列的应用,如电影和健康统计[13]。

哥伦比亚大学计算机系的Steven和Clifford提出了一种基于坐标嵌套的多维可视化结构worlds within w orlds[14]。

Xerox PARC开发的T able Lens[15]是另一种将数据库表中的纹理信息和同一信息的图形表示结合起来的多维信息可视化的方法。

目前多维信息可视化的研究重点在于设计和选择什么样的显示方式,才能便于用户了解庞大的多维数据及它们相互之间的关系。

1.2.4 层次信息的可视化。

抽象信息之间的一种最普遍关系就是层次关系。

传统的描述层次信息的最直观方法是树型结构。

但对大型层次结构而言,该结构需要占据大量可视化空间,而计算机屏幕所能提供的可视化空间非常有限,无法用一个视图表示整个结构。

如用一个视图显示整个结构,就看不到子节点。

如显示子节点,用户要想浏览所有信息,就要通过滚动的方式来浏览整个层次结构。

鉴于此,提出了一系列新的层次信息可视化技术。

典型的有:Xerox PARC的科研人员开发的Cone and Cam T rees方法[16];L amping和Rao等[17~19]提出的基于双曲几何的可视化和操纵大型层次结构的focus+contex t 技术的Hyperbolic tree可视化方法,它将更多的可视化空间给了当前层次结构中当前关注的部分,同时又能显示整个层次结构;目前这种技术主要用于磁盘目录、网站结构和数字图书馆编目等的可视化;Robertson等[20]提出的利用三维图形技术对层次结构进行可视化的方法Cone tree;Shneiderman等[3,21]提出的用嵌套矩形表示层次信息的树形图(T ree-map),该方法可以用于图书分类。

如用树形图来表示按杜威图书分类法排列的一堆书籍,矩形的排列表示了层次结构,单个矩形的大小表示层次中该级别的书籍的数量,而矩形里面的颜色表示该级别书籍的翻阅频率。

关于层次信息可视化的研究,目前大都集中在如何寻求高效、简洁的层次信息可视化结构方面。

2 数字图书馆信息可视化技术将信息可视化技术引入到数字图书馆领域,解决信息需求与服务的个性化、信息提供的个性化等问题,可以通过信息可视化在一定程度上尝试解决其发展中遇到的问题。

目前国内已有这方面的研究[22~25],但大多限于检索的可视化。

对数字图书馆信息可视化技术的研究,主要可以从信息资源可视化、信息检索可视化和界面可视化展开。

2.1 信息资源的可视化 数字图书馆是数字信息资源中心,用户要获取信息与知识,要经过客户机的人机接口操作来实现。

数字图书馆是面向全社会服务的,信息可视化是数字图书馆发展的必然选择。

数字图书馆中可以利用分类法构筑二维或三维信息空间,对信息资源进行可视化的组织与显示。

信息空间的建立以前大多依赖主题概念的相似度,这样构筑的信息空间,可度量性比较差。

应用分类号建立的信息空间则具有很强的结构性与可度量性,比如用DDC的十进制类目体系构筑一个矩阵,可以根据类号把相应的信息资源聚集到100个不同的 口袋 中;每个 口袋 还可以再细化成矩阵,以此类推,逐级增加聚类的精确性。

另外在信息组织时必须考虑用户的特点与信息行为,使用户的检索操作可以实现可视化,以便于用户对检索结果总体情况的了解。

2.2 信息检索可视化 可视化信息检索是数字图书馆信息检索的发展方向之一。

信息检索可视化不仅用图形、图像来显示多维的非空间数据,使用户加深对数据含义及数据间关系的理解,而且用形象直观的图形、图像来指引检索过程,加快检索速度。

信息检索可视化包括过程可视化和结果可视化两个方面。

信息检索过程可视化主要采用Shneidenman的信息可视化分类方法。

通过增加检索路径到信息空间,从而为其他用户检索其他路径提供有价值的信息。

在信息检索过程的可视化中涉及到的可视化技术主要有网络寻址和多维尺度分析等技术。

而对于信息检索结果的可视化的研究目前已经取得了许多成果,尤其在数字图书馆研究中Xerox PARC作出了代表性的研究成果,如前面已经提到的T ilebars系统,以及Scatter/Gather系统[26]。

Shneidenman[3]指出在信息检索可视化过程中最重要的是提供信息反馈、允许检索过程的可逆、支持检索策略控制、减少检索记忆负担、提供一般用户和专家用户的界面选择等。

2.3 人机界面可视化 信息的日益丰富决定着将来的用户界面主要是一种信息界面,从某种意义上说,信息可视化代表着下一代用户界面的方向。

如果能设计一个优良的人机互动系统,那么系统用户群就有一种主动感、成功感,同时他们会沉浸在工作的愉悦之中,而感觉不到界面的存在。

交互界面(用户界面)是数字图书馆的重要组成部分,是系统与用户交流的窗口。

其实,这不仅是数字图书馆所面临的挑战,任何系统都面临着这个问题。

交互界面的设计应当把握几个关键:一是让用户使用时得心应手,能够达到友好、直观、方便,并具有人性化、智能化的效果,充分利用图形、语音,将其融为一体;二是交互界面设计的技术核心是吸引用户的注意力和为用户的操作提供最方便的支持。

因此,在计算机上用各种可能的技术表现信息是非常具有挑战性的工作。

3 网格计算是未来数字图书馆可视化的发展趋势网格是把整个网络整合成一台巨大的超级计算机,实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。

由于数字图书馆分布广泛、具有海量资源、访问量大,同时要给用户提供快速服务必须要具有强大的计算处理能力,因此数字图书馆是一个典型的网格计算环境。

数字图书馆应用网格的主要目标是将网格中丰富的文化资源在时间、空间和内容上进行有机的组织、分类和整合,并依据不同用户的需要而提供个性化的服务,将网格中的各种数据、信息、知识等丰富的文化资源广泛深入普及到千家万户,推送到每个用户。