读数据可视化05视觉感知

1. 视觉感知

1.1. 用户是所有行为的主体

1.1.1. 通过视觉感知（Visual Perception）器官获取可视信息、编码并形成认知（Cognition），在交互分析过程中获取解决问题的方法

1.2. 感知和认知能力直接影响着信息的获取和进程的处理，进而影响对外在世界环境做出的反应

1.3. 人眼是一个具有高度并行处理能力的器官，人类视觉具有迄今为止最高的处理带宽

1.4. 视觉分为低阶视觉和高阶视觉，人工智能的发展使得计算机已经能够部分模仿低阶视觉，然而在高阶视觉方面仍然力不从心

1.5. 人类视觉对于以数字、文本等形式存在的非形象化信息的直接感知能力远远落后于对于形象化视觉符号的理解

1.6. 数据可视化技术正是这种将数据转换为易被用户感知和认知的可视化视图的重要手段，这个过程涉及数据处理、可视化编码、可视化呈现和可视交互等流程，每一步骤的设计都需要根据人类感知和认知的基本原理进行优化

1.7. 感知指客观事物通过感觉器官在人脑中的直接反映

1.7.1. 包括眼、鼻、耳，以及遍布身体各处的神经末梢等，对应的感知能力分别称为视觉、嗅觉、听觉和触觉等

1.8. 认知指在认识活动的过程中，个体对感觉信号接收、检测、转换、简约、合成、编码、储存、提取、重建、概念形成、判断和问题解决的信息加工处理过程

1.8.1. 认知过程看成由信息的获取、编码、储存、提取和使用等一系列认知阶段组成的按一定程序进行信息加工的系统
1.8.2. 信息获取指感觉器官接受来自客观世界的刺激，通过感觉的作用获得信息
1.8.3. 编码以利于后续认知阶段的进行
1.8.4. 储存是信息在大脑里的保持
1.8.5. 信息提取指依据一定的线索从记忆中寻找并获取已经储存的信息
1.8.6. 信息使用指利用提取的信息对信息进行认知加工

2. 视觉感知处理过程

2.1. 双重编码理论

2.1.1. 人类的感知系统由分别负责语言方面和其他非语言事物（特别是视觉信息方面）的两个子系统组成
2.1.2. 强调语言与非语言的信息加工过程对于人类认知都具有同等的重要性：人的认知是独特的，它专用于同时对语言与非语言事物和事件的处理
2.1.3. 语言系统是特殊的，它直接以口头与书面的形式处理语言的输入与输出，与此同时，它又保存着与非语言事物、事件和行为有关的象征功能
2.1.4. 用于心理映像的"图像单元"和适用于语言实体的"语言单元"
- 2.1.4.1. 前者根据部分与整体的关系组织，而后者根据联想与层级组织

2.2. 非语言信息的加工具有一定的优势，也就是说，大脑对于视觉信息的记忆效果和记忆速度好于对语言的记忆效果和记忆速度

2.3. 视觉分为低阶视觉和高阶视觉两种类型

2.3.1. 低阶视觉与物体的物理性质相关，包括深度、形状、边界、表面材质等
2.3.2. 高阶视觉包括对物体的识别和分类，属于人类认知能力的重要组成部分
2.3.3. 低阶视觉已经在信息可视化和可视分析的研究中得到了广泛验证

3. 格式塔理论

3.1. 诞生于1912年，是心理学中为数不多的理性主义理论之一

3.1.1. 格式塔（Gestalt）简单地翻译成英文，意味着Shape（形状）或Form（构成）
3.1.2. 强调经验和行为的整体性，反对当时流行的构造主义元素学说和行为主义"刺激-反应"公式
3.1.3. 整体不等于部分之和，意识不等于感觉元素的集合，行为不等于反射弧的循环

3.2. 感知的事物大于眼睛见到的事物

3.2.1. 任何一种经验现象，其中每一成分都牵连到其他成分，每一成分之所以有其特性，是因为它与其他部分具有关系
3.2.2. 由此构成的整体，并不决定于其个别的元素，而局部过程却取决于整体的内在特性
3.2.3. 完整的现象具有完整特性，它不能分解为简单的元素，其特性也不包含于元素之内

3.3. 最基本的法则是简单精炼法则，认为人们在进行观察的时候，倾向于将视觉感知内容理解为常规的、简单的、相连的、对称的或有序的结构

3.3.1. 人们在获取视觉感知的时候，会倾向于将事物理解为一个整体，而不是将事物理解为组成该事物所有部分的集合

3.4. 格式塔法则又称为完图法则

3.4.1. 贴近原则（Proximity）
- 3.4.1.1. 当视觉元素（即一些被人识别的视觉感知对象）在空间距离上相距较近时，人们通常倾向于将它们归为一组
3.4.2. 相似原则（Similarity）
- 3.4.2.1. 人们在观察事物的时候，会自然地根据事物的相似性进行感知分组，虽然实际上事物本身并不存在分组的意图
- 3.4.2.2. 通常依据对形状、颜色、光照或其他性质的感知进行分组
- 3.4.2.3. 贴近原则与相似原则的区别是采用空间距离或属性相似性对数据分组
3.4.3. 连续原则（Continuity）
- 3.4.3.1. 人们在观察事物的时候会很自然地沿着物体的边界，将不连续的物体视为连续的整体
3.4.4. 闭合原则（Closure）
- 3.4.4.1. 在某些视觉映像中，其中物体可能是不完整的或者不是闭合的，然而格式塔心理学认为，只要物体的形状足以表征物体本身，人们就会很容易地感知整个物体而忽视未闭合的特征
3.4.5. 共势原则（Common Fate）
- 3.4.5.1. 共势原则指如果一组物体具有沿着相似的光滑路径运动趋势或相似的排列模式，人眼会将它们识别为同一类物体
3.4.6. 好图原则（Good Figure）
- 3.4.6.1. 好图原则指人眼通常会自动将一组物体按照简单、规则、有序的元素排列方式进行识别
- 3.4.6.2. 个体识别世界的时候通常会消除复杂性和不熟悉性，并采纳最简化的形式
- 3.4.6.3. 复杂性的消除有助于产生对识别物体的理解，而且在人的意识中这种理解高于空间的关系
3.4.7. 对称性原则（Symmetry）
- 3.4.7.1. 对称性原则指人的意识倾向于将物体识别为沿某点或某轴对称的形状
3.4.8. 经验原则（Past Experience）
- 3.4.8.1. 经验原则指在某些情形下视觉感知与过去的经验有关
- 3.4.8.2. 如果两个物体看上去距离相近，或者时间间隔小，那么它们通常被识别为同一类

3.5. 基本思想是：视觉形象首先是作为统一的整体被认知的，而后才以部分的形式被认知

3.5.1. 人们先"看见"一个构图的整体，然后才"看见"组成这一构图整体的各个部分

3.6. 信息可视化指将信息通过图形元素的表达和重组，获得包含原始信息的视觉图像的过程

3.7. 格式塔心理学是对心理感知和认知进行的一整套完整的心理学研究，并由此而产生的完备理论

3.7.1. 对可视化设计没有直接的影响，但是在视觉传达设计的理论和实践方面，格式塔理论及其研究成果都得到了应用

4. 相关实验

4.1. 变化盲视

4.1.1. 在扫视、闪烁、电影剪辑和一些其他的中断中，观察者无法检测到物体视觉细节的实质性变化，这种现象叫作变化盲视（Change Blindness）
4.1.2. 变化盲视不仅仅出现在实验室中，它在日常生活中也会发生

4.2. 选择注意

4.2.1. 当人专心于检查某物时，很难注意到周围发生的一些事情
4.2.2. 当人的注意力集中到某个物体上时，在很大程度上人将无法感知放置在视野外围的其他物体，尽管这些物体发出的光线完全到达了大脑皮层的视觉范围内
4.2.3. 当某些事物发生变化时，对用户进行引导，可视化这些变化可以有效地减少认知负荷

4.3. 遗忘进程

4.3.1. 短时记忆保持信息短暂，如果没有及时复述，将会迅速被遗忘
4.3.2. 记忆在人类的认知中扮演着重要的角色，但是工作记忆是极其有限的，可视化必须为工作记忆的增强而提供外部援助

4.4. 认知偏差

4.4.1. 视觉感知是理解我们所处环境的主要认知信息的来源
4.4.2. 视觉感知的一致性，给予相同的刺激、相同的东西，每一次都应该"看到"一样的东西
4.4.3. 视觉感知不是一个自顶向下或由下向上的
4.4.4. 低阶视觉和高阶视觉都会影响视觉感知，而向前的刺激也可能会产生视觉感知上的偏差，继而影响我们所"看见"的东西
4.4.5. 启动（Priming）效应表示人类受到先前感知刺激而影响反应的现象
4.4.6. 锚定（Anchoring）效应表示以前的刺激会提供一个参考框架的现象