2. 视觉感知和认知

本文是对浙江大学的陈为老师所讲授的可视化导论课程的笔记。

视觉感知和认知

1. 视觉感知与认知
2. 格式塔（Gestalt）理论
3. 视觉通道

1. 视觉感知与认知

感知：指客观事物通过人的感觉器官在人脑中形成的直接反映。
视觉感知：看到的输入信号的本质。
认知：指人们获得知识或应用知识的过程，或信息加工的过程。

记忆在人类认知过程中起着至关重要的作用，但工作记忆容量非常有限。
可视化可以作为外部辅助来增强工作记忆。

感知系统基于相对判断，而非绝对判断。
使用相同的参照物或者相互对齐，有助于人们做出更加准确的相对判断。

2. 格式塔（Gestalt）理论

认为：结构比元素重要，视觉形象首先作为统一的整体被认知

格式塔理论的八大原则：

接近原则
相似原则
连续原则
闭合原则
共势原则
好图原则
对称原则
经验原则

（1）接近原则
当视觉元素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。

（2）相似原则

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。
通常依据对形状、颜色、关照或其他性质的感知决定分组。

（3）连续原则
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。

（4）闭合原则

在某些视觉映像中，其中的物体可能是不完整的或者不闭合的。
只要物体的形状足以表征物体本身，人们会很容易地感知整个物体而忽略未闭合的特征。

（5）共势原则
一组物体具有沿着相似的光滑路径运动趋势或具有相似的排列模式时，将被识别为同一类物体。

（6）好图原则
人眼通常会消除复杂性和不熟悉性来理解被识别的物体。

（7）对称原则
人的意识倾向于将物体识别为沿某点或某轴对称的形状。

（8）经验原则
某些情形下视觉感知与过去的经验有关。若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. 视觉通道

可视化编码有两部分组成：

标记
通常是一些几何元素。
视觉通道
用于控制标记的展现特征，包括标记的位置、大小、形状、方向、色调、饱和度、亮度等。

数据一般分为三类：类别型，有序型和数值型
其中：

类型型数据–>区分事物
有序型数据–>表示对象间的顺序关系
数值型数据–>表示对象的定量数值

视觉通道的分类：

定性/分类型
描述感知对象是什么或在那里，适合编码分类型的数据信息
定量/定序型
描述感知对象某一属性的具体数值是多少，适合编码有序型的数据信息。
分组型
描述多种多个或多种标记的组合，适合将存在相互联系的分类的数据属性进行分组，从而表现数据的内在关联性。

问题：如何选择视觉通道？

两个原则：表现力，有效性。

表现力
视觉通道的表现力要求视觉通道准确编码数据包含的所有信息。
也就是说，视觉通道在对数据进行编码的时候，需要尽量忠于原始数据。
有效性
表现力更高的视觉通道编码更重要的数据信息。

有效性标准：
- 精确性：描述人类感知系统对于可视化的判断结果和原始数据的吻合程度。
- 可辨性：如何在给定的取值范围内选择合适数目的不同取值，使得人类的感知系统可以轻易区分该视觉通道的两种或多种取值状态。
- 可分离性：描述不同视觉通道在被用于表达数据属性的时候，两两之间的干扰现象。
- 视觉突出：在很短的时间内（200~250毫秒），仅仅依赖感知的低阶视觉即可直接察觉某一对象和其他所有对象的不同的现象。

解答：如何选择合适的视觉通道？

识别数据类型
确定想要传递的信息
选用合适的标记与视觉通道
迭代