知识可视化视觉表征的形式分析

知识可视化视觉表征的形式分析

作者：赵慧臣《现代教育技术》2012年第2期

随着计算机技术不断发展和计算机图形学蓬勃提高，人们将可视化技术应用于数据的可视化中，通过分析数据，去探索规律、表达知识。“知识可视化是在科学计算可视化、数据可视化和信息可视化基础上发展起来的新兴研究领域，它应用视觉表征手段，促进群体知识的创造和传递。”

知识可视化价值实现有赖于它的视觉表征形式。尽管知识可视化的视觉表征形式丰富多样，但其设计应用却存在不少错误的设计观点和不恰当的应用方法，未能有效地应用于教育教学中。究其原因，“在知识可视化的环境中，人们的视觉经验与阅读行为在发生转向：由基于印刷文本的阅读逐渐转变为基于视觉图像的解读”。

“视觉信息具有可以理解的特定语法。”知识可视化的视觉表征以图形符号和文字符号作为信息载体，经过组合编码，形成符合语法结构的图形。知识可视化视觉表征并非孤立的单位符号，而是符号组成的系统和结构。在研究知识可视化视觉表征的符号结构时，只有分析符号相互作用而构成的形式才有意义。

一知识可视化视觉表征形式分析的作用

1.知识可视化的视觉表征类型丰富多样、不断拓展

Eppler&Burldaard将知识可视化视觉表征概括为6种类型嗍：(1)启发式草图(Heuristic Sketches)，在小组间产生新的见解；(2)概念图表(Conceptual Diagrams)，结构化信息并展示其关系；(3)视觉隐喻(Visual Metaphors)，映射抽象数据使其易于理解；(4)知识动画(Knowledge Animations)，动态的、交互的可视化技术；(5)知识地图(Knowledge Maps)，结构化专家知识并提供导航；(6)科学图表(Scientific Charts)，可视化知识域。

Jonassen等人描述了各种各样的可视化方法，认为知识可视化视觉表征主要有：概念图(Concept

Map)、思维导图(MindMap)、认知地图(CognitiveMap)、语义网络(SemanticNetwork)和思维地图(Thinking Map)等。

20世纪90年代后，知识可视化视觉表征的优势被更多国外的学者关注，开发出了更多形式。如美国吉克萨斯基督教大学提出“知识地图”(Knowledge Maps)，Jonasse&fisher(2000)提出“语义网络”(Semantic Networks)以及Ackerman&Eden(2001)提出“认知地图”(CognitiveMaps)等。

随着各种知识可视化技术的发展，更多的视觉表征形式会被应用到知识可视化中来。知识可视化视觉表征类型在不断地发展中，其现有的数量或分类不会固定不变。虽然不少研究成果提及了知识可视化视觉表征的众多类型，但还没有包含所有的视觉表征类型，也不可能完全列举所有的视觉表征类型。

总体而言，知识可视化视觉表征的分类没有明确的标准，存在不同程度的相互包含和重叠现象。究其原因，已有研究没有明确界定知识可视化视觉表征的本质特征，导致视觉表征的外延处在不完全确定的状态之中。

2.形式分析：把握所有类型视觉表征的共性特征

为了更有效地利用各类知识可视化的视觉表征，有必要根据他们的相关性和不同点进行整合，剖析其共性。知识可视化学者Ralph Lengler和Martin Eppler(2005)依据各类视觉表征的相关性和不同点，进行“编号”、“上架”，形成“可视化周期表”，形象直观地揭示了不同类型视觉表征的联系和区别。可视化周期表揭示了不同类型视觉表征的联系和区别，有助于掌握视觉表征抽象的结构及性质等；不过却较多从不同类型视觉表征的联系区别入手，没有考虑到不同符号的组织方式和形成规则。

从研究范围上看，知识可视化视觉表征属于视觉文化的范畴。“视觉文化研究在理论上区别于以前针对如‘摄影’、‘影视’和‘多媒体’等具体和个别的视觉资源类型的研究，而是将研究对象提升到了‘形而上’的共相层面：将以图像符号为构成元素、以视知觉可以感知的样式为外在表现形态的文化统称为视觉文化。”同样，知识可视化视觉表征研究也区别于以前针对如“概念图”、“思维导图”

和“语义网”等具体和个别的视觉表征类型的研究，而是将研究对象提升到了“形而上”的共相层面：以视觉符号为构成元素和视知觉可以感知的符号结构为分析对象。

知识可视化视觉表征符号并非孤立的单位，而是相互依存的关系。“决定一个符号的意义的不是符号与对象之间的必然联系，而是符号与符号间的相对关系；所有的语言都是一种关系网络，语言符号借助于相互之间的关系而起作用。”单个视觉符号的存在是无意义的，其作用在于与其他的符号所构成的形式。因此，在对知识可视化的视觉表征符号考察中，只有将单一符号与其他符号组合起来构成形式才有意义。

形式是知识可视化视觉表征的本质，是决定视觉表征特征的关键。“形式”，一般解释为事物的形状、结构。

二知识可视化视觉表征形式分析的方法

波兰美学家塔塔尔凯维奇指出，透过西方美学史的眼光来看“形式”至少拥有五种重大的涵义：“(1)各部分的组合；(2)事物的外貌；(3)边界或轮廓；(4)客观事物的观念性本质；(5)心理对知觉对象的规范”。

根据视觉形式分为表层形式和深层形式层次，知识可视化视觉表征的形式也可以分为表层形式和深层形式。视觉表征的表层形式指形状、色彩、肌理、点、线、面等材料因素；而深层形式则表现为和谐、对称、均衡和节奏等结构关系。两者凭借空间、方向和张力等一系列关系而有机结合起来，构成“有意味的形式”。

1.视觉表征的表层形式：线条、色彩和大小等材料因素

对于知识可视化视觉表征而言，它的表层形式包括线条、色彩和大小等许多材料因素。因此，只选取其中代表性的线条、色彩两种基本要素加以探讨。毕达哥拉斯首先将线作为世界万物的本源来看

待，认为万物是从线条中派生出来的。在知识可视化视觉表征中，线条具有直接性、灵活性和准确性的特点。线条在表达变化的生动形象时更加自如灵活，捕捉思想感受时更加快速简洁。因此，线条注重主观体验对自然形象的本质反映，是理性与感性的碰撞和交响。

而“色彩是光照射下的不同性质的物体，经过不同程度的吸收，而反射到视觉上所呈现出来的一种复杂现象。色彩是一种自然现象，也是一种物化现象，更是一种视觉现象。”在知识可视化视觉表征中，色彩元素具有情感表现性。另外，色彩元素还具有空间造型能力。色彩之所以造型，一方面是由于色彩本身的性质，另一方面来自于人的视觉对色彩的建构作用。

2.视觉表征的深层形式：空间关系和“力”等结构关系

视觉作品的深层形式指诸多要素之间的联系、组织和展现的方式和状态。“对于知识可视化视觉表征而言，它的深层形式主要表现在空间关系和空间中的“力”方面。

(1)空间关系：视觉表征深层形式的基本特征

视觉表征的空间关系具有“关联性”特征。知识可视化视觉表征的空间关系“就是将一切素材组织起来，构成一种逻辑关联体。部分与部分、部分与整体之间构成一种内在的呼应、反衬、交融和渗透，从而形成特定的关系效果，呈现出形式的美感”。在知识可视化的视觉表征中，“一切形式要素(形、色)都应该纳入关系中进行考察，其存在的意义也只有在‘关系’中才能体现出来。”

视觉表征的空间关系具有“虚幻性”特征。单个的视觉表征符号无法构成真正意义的形式，孤立的线条或色彩并不能完成复杂的感情传递和内容表达。对于知识可视化视觉表征而言，在知识可视化视觉表征中，线条、色彩等要素以某种方式组成有意味的形式，更好地引导人们获得知识内容和激起审美情感。

(2)空间的“力”：促进视觉表征表层形式向深层形式转化

除空间关系外，空间中的“力”也是知识可视化视觉表征的重要深层形式。空间关系并非自然形