基于用户体验标准的可视化技术及其在图书馆信息服务中的应用

赵 杰

(西南林业大学图书馆，云南 昆明650224)

1. 可视化技术与用户体验标准

1.1 可视化技术

可视化是利用计算机对抽象的数据和信息作可视表示，以使人们更好的认知、理解和应用这些抽象的数据和信息。可视化技术包括:科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing ，ViSC)、数据可视化(Data Visualization)、信息可视化(Information Visualization)、知识可视化(Knowledge visualization)、知识域可视化(Knowledge domain visualization)［1］。可视化技术通过数据挖掘、计算机图形等多种技术，将信息转化为某种视觉形式，充分利用了人们对可视模式快速识别的自然能力来观测、浏览、鉴别、理解和应用信息。可视化可以“给数据以形象，赋知识于色彩”。

很多情况下，表现和传达知识最好的途径并不一定是文字。对于这一点，从达·芬奇手稿中的示意图到虎克的显微世界，从达尔文的鸟类绘画到富兰克林的X 射线都能够给予证实。由此可见，可视化实际上已经拥有了一段很长且辉煌的历史。而可视化技术作为一个系统的科学分支的历史并不长，大约起源于上世纪80 年代。这一时期知识爆炸和信息过载已经是一个众所周知的现象，而人们能够拥有的计算能力在急速增长:更快的处理器、更大的内存、更高速的网络、更大的存储容量以及分布、并行的计算能力。科技的发展使得各类数据和信息的数量以惊人的速度增长，“知识爆炸”成为人们形容这一现象的常用语。而人们从不同渠道实际获得的信息又经常是动态、独立、相互冲突的甚至有些沦为垃圾信息。在很多情况下，数据数量的增长，并不一定意味着有用信息的增长。1987 年2 月，美国国家科学基金会(NSF)在其名为《科学计算中的可视化》［2］的报告中写道:“科学计算领域的复杂问题可以通过可视化技术得以解决。这相对传统的技术会更好!将图形和图像技术应用于科学计算是一个全新的领域。……科学家们不仅需要分析由计算机得出的计算数据，而且需要了解在计算过程中数据的变化情况，而这些都需要借助于计算机图形学及图像处理技术”。报告认为“很多领域都面临着信息渠道多、信息量大而复杂的情况”，而“可视化技术是理解复杂现象的基础”。

十余年来，可视化技术已经在自然科学、医学、工程技术以及非空间数据应用分析、甚至是社会科学等领域得到广泛的应用，以“大行其道”一词来形容也并不过分。由于可视化不仅能将信息和数据转换为人们能够直观、形象理解的图形或图像表达方式，而且还可以大大加快数据的分析、处理和应用速度。

可视化技术一方面使海量数据以直观的方式得到梳理和有序化，原本时刻都在产生的海量数据也会展现出清晰的脉络和逻辑关系，从而使信息得到更有效利用。另一方面，在此过程中，基于海量大数据集的数据挖掘和信息可视化分析，往往会产生更具有指导意义且直接可据以决策的趋势性、确定性、战略性情报(甚至战术性情报)。因此，可视化技术将可以为信息用户提供更为快捷、有效和确定的服务。

当前，处于大数据背景下的图书馆等文献信息服务机构，面对着复杂的用户需求、用户行为和微妙的用户心理，信息分析研究和服务人员如果不能及时、全面而深刻地了解相关科研领域的发展态势、研究热点，就不可能为用户提供具有针对性和更高情报价值的信息服务。

因此，图书馆应该研究可视化技术及其在信息服务中的应用模式、发展轨迹和趋势，充分利用可视化及相关技术，这对图书馆在大数据背景下丰富文献信息服务的手段和渠道，提升图书馆信息服务的能力和水平都有重大而现实的意义。

1.2 用户体验标准

ISO FDIS 9241 -210:2009 中对用户体验的定义为:用户在使用一个产品、系统或者服务时产生的感觉和反应。［3］它包括品牌性、可用性、内容性和功能性(如图1)。

图1:用户体验范畴［4］

20 世纪80 年代，用户体验(User Experience ，UX)首先为一些大型IT 企业所认可。随即，可用性工程(Usability Engineering ，UE)在IT 工业界迅速普及，主要的IT 企业(IBM、微软、HP、Motorola 等)都建立了规模较大的产品可用性部门。经过近十年的积累，在可用性方面总结、形成了一些方法和技术。［5］从上世纪八十年代末、九十年代初开始，国际标准化组织(ISO)制定了一系列关于用户体验、交互式系统可用性(Interactive System Usability)的标准。这些标准应用于各类交互式IT 产品的设计与开发。而在因特网上，随着因特网应用在全球的迅猛发展，万维网联盟以“建立一个普遍的、全社会易于使用的公共网络环境”为宗旨，开发了超过50 个规范(草案)。这既包括HTML、CSS、XML，也包括针对用户体验、内容易用性的WAI 系列规范和面向移动WEB 的MWBP 规范等。目前，这些规范(草案)得到了越来越多机构的支持和应用，已经成为事实上的国际标准。另外，除了ISO、W3C 这样的国际化官方组织，还有很多民间组织在各自的领域不断推出一些应用规范。这些规范如果为业界所采用、推广，也会逐步成为事实标准，例如万维网分析联合会的“网络流量分析术语定义规范”。

国际标准化组织制定的可用性标准，其面向的对象更多的是IT 工业界产品，包括计算机软硬件、网站、移动设备、信息家电、用户手册和联机帮助的设计。这些标准的涉及范围包括:系统的使用、用户界面及用户交互、系统的开发流程和机构实施以用户为中心设计 (UCD)的能力。［6］当前，随着“用户体验”的广泛应用，人们认识到“只关注可用性研究已不能满足用户体验设计的要求”，一些正在制定过程中的标准(例如ISO 9241 -210)开始采用“User Experience”来替代“Usability”，并越来越多地加入了用户体验和其他因素的内容。

例如:有关交互式系统以人为中心的设计过程的国际标准ISO13407，认为以用户为中心的设计过程是一个融合了工效学、心理学、计算机科学等多种因素在内的复杂过程。实施以用户为中心的设计，能够明显降低软件系统的开发风险和后续的服务成本。ISO13407 制定的目的是希望在交互系统的开发过程中，除了产品所有者和产品开发者的需求，还要特别重视最重要的产品使用者的需求。ISO13407 还提出了以用户为中心设计的指导原则:

(1)鼓励用户积极参与并对任务需求拥有良好的理解;

(2)在用户和技术之间合理地分配职能;

(3)对解决方案进行迭代设计;

(4)设计融合多学科、多领域知识的设计方案

目前，国际标准化组织准备将ISO13407 并入ISO FDIS 9241 -210:2009。其名称变更为:“以人为中心的交互式系统设计”。除了ISO13407 标准外，以下标准也从多个方面对可用性进行了规定:

ISO 9241:人与系统交互的工效学标准

ISO/IEC 11581:用户界面图示符号和功能;

ISO 14915:多媒体用户界面的软件工效学标准;

ISO/IEC 18021:信息技术— 移动工具的用户界面;

ISO/IEC 18019:软件用户文档的设计指导原则;

ISO/IEC 15910:软件用户文档设计过程;

ISO TR 16982:支持以用户为中心设计的可用性方法;

ISO DTS 16071:人机界面的可用性指导原则;

互联网的创始人Tim Berners-Lee 曾经说过“互联网的重要性即在于它的普遍性，任何人都能够无障碍地使用”。面对因特网复杂的用户状况和使用环境，W3C 曾先后公布了一系列改善用户体验环境的规范(草案)。用户体验2.0 (UX2.0)的宗旨是“Any User，Any Time，Any Channel”。［7］即任何人，在任何时间，通过任何渠道都可以方便、流畅地访问因特网。

国际标准和行业、领域规范的制定是一个领域或者行业发展较为充分，并走向成熟的表现。标准和技术规范的制定和实施，有利于协调各方利益，为IT 系统(产品)的设计、开发和质量评估提供公共依据，为改善用户体验环境起到了非常重要的作用。

图书馆信息服务领域应用可视化技术，也只有在坚持并基于用户体验标准，才有可能将可视化技术的优势和潜力发挥到最佳效果。

2. 几种代表性的可视化技术

美国学者本·施奈德曼(Ben Shneiderman)把数据分成七类［8］:一维数据(1 -D)、二维数据(2 -D)、三维数据(3 -D)、多维数据(multidimensional )、时态数据(Temporal)、层次数据(tree)和网络数据(Network)。

武汉大学信息管理学院李纲教授据此将信息可视化方法也分为七类［9］:一维信息可视化、二维信息可视化、三维信息可视化、多维信息可视化、时间序列信息可视化、层次信息可视化、网络信息可视化。下面是几种具有代表性的可视化技术。

2.1 思维导图(Mind Map )

思维导图最初是20 世纪60 年代英国人托尼·巴赞(Tony Buzan)(1999)创造的一种笔记方法。托尼·巴赞认为思维导图是对发散性思维的表达，因此也是人类思维的自然功能，是打开大脑潜能的万能钥匙，可以应用于生活的各个方面。

2.2 鱼眼视图技术(Fisheye View Visualization)［10］

鱼眼视图是一种交互式的可视化技术，它把数据信息的可视表示直接与用户的当前兴趣联系起来，通过可视化强度揭示最相关数据之间的隐藏关系而弱化相关程度不大的对象的视觉表示。

鱼眼视图技术是在焦点/上下文技术的基础上发展而来的。“鱼眼”是广角镜的一个类比，对于焦点附近能够显示得很细致，而对远距离的对象就逐渐的变形以便呈现在视野里。它的优点是适合于大规模图像显示，能够在有限的平面中显示更多的节点。

鱼眼视图可视化技术同样可以通过仅显示最相关的对象实现巨量数据的展示。例如，可以通过增加焦点附近对象的细节、逐渐减少远离焦点对象的细节而实现巨量数据的可视化。

2.3 透视墙技术

透视墙技术是一种用来可视化大规模线性信息、数据的交互技术，比如说按时序或者字顺排列的信息。下图是透视墙的一个图例，中间正对用户部分显示当前页面细节，两边透视部分则显示上下文，用户可以在不同页面平滑移动，图片下方可以辅助的列出一些信息。数据的分层排列则表明了数据间的层次特征。

透视墙有点类似于Fisheye，也是同时把视觉中心和背景一起呈现，即细节与整体统一呈现的同时强调当前页面的主体性。这种方法提高了屏幕的空间利用率和用户浏览体验，同时是一种易用、易懂的技术，符合人机界面学中的“易学易用、直觉化、用户满意度高、较好保持用户注意力、错误率低”的要求。［11］(P16—17)

2.4 双曲树(Hyperbolic Tree)［12］

双曲树是显示巨大层次数据信息结构的一种较新的可视化技术。由施乐帕克研究中心(Xerox PARC)研制。视图中心的结点以高清晰度显示。边缘结点以较小尺寸显示。用户可以选择上下文中的任一结点到视图中心以查看详细信息。由于双曲视图能在有限的空间显示海量数据的层次结构，因此特别适合于大数据条件下信息的层次化、结构化分析。

根据相关研究，在相同的空间里，采用双曲线浏览技术显示的信息是普通2D 技术的10 倍。这种技术非常适合于海量网络超链接的可视化处理。［13］

2.5 文档棱镜(Document Len)

文档棱镜是一种对文档结构尚未可知的时候对其内容进行可视化组织时采用的技术。在一定可视化空间中的所有文档组成一个三维棱镜。用户选择或点击的文档出现在棱镜最前方，与用户最为接近，其他的文档则根据一定的规则排列在核心文档的周围。

3. 基于用户体验的可视化技术(用户界面)及其在图书馆的应用

可视化技术无论其内涵或外在表现多么复杂、丰富。但归根到底可将其看作是一种界面技术。其根本目标是希望通过直观、易于识别的图形让用户能够更加方便、快捷地抓住问题焦点、理解信息、获取知识，加快信息处理速度，在海量数据中迅速把握知识的脉络、趋势和本质，以提高决策的准确性。因此，图书馆信息服务的用户界面必须基于用户体验标准进行设计。

IBM 的用户界面组认为，将网络计算机的优势引入大众市场的一个关键因素，就是以人们所熟悉的自然的方式进行人机交互，或进行以机器为媒介的人与人之间的交互。双重编码理论认为，人类认知是独特的，语言和非语言位于同等重要的位置，同时以视觉形式和语言形式呈现信息能够增强记忆和识别。而计算机的用户界面必须满足人类在这些知觉上的需求。

目前图书馆应用虚拟现实(Virtual Reality 简称:VR)技术可以构制用户使用的虚拟图书馆环境。其特点是利用数据可视化技术把图书馆的空间信息、书目信息、服务信息等多维信息进行有效组合，生成一个具有三维视觉的逼真世界，用户通过与虚拟对象进行交互而获得自己需要的服务。读者在进入这一环境后可以和计算机实现以视觉为主的全方位交互。虚拟环境里反映的既可以是部分原始数据的显示，同时也可能是大量数据的一些计算结果。VR 技术是数字图书馆很有发展前途和空间的新领域，也是用户和图书馆员利用数字图书馆的崭新工具。建立虚拟用户环境是数字图书馆可视化功能在智能化条件下自然的延伸。

远程沉浸(Tele-immersion)［14］是一种特殊的网络化虚拟现实环境。它是由伊利诺州大学芝加哥分校的电子可视化实验室(EVL)最早提出来的。过去几年里，EVL 与十几家合作伙伴一起，开发了一些具有远程沉浸特征的虚拟现实应用，例如虚拟历史博物馆，从网络上进入的参观者不仅可以在虚拟的城池中畅游，还可以与从其他地方进入的网络参观者在同一个虚拟空间中互相交流。

基于虚拟现实的可视化用户界面技术给图书馆用户提供了一种全新的了解和利用图书馆的途径。高校图书馆可以应用这种技术创建一种特殊的网络虚拟环境下的学习方法。这种学习方法通过运用虚拟现实技术提高学习资源和场景的可视化程度，让学生融入其中。

例如:清华大学图书馆等已经开通使用的场景式虚拟索书导航、场景式新生培训等应用，就运用了虚拟现实的可视化技术，而且在用户界面上非常友好和开放。

笔者认为图书馆应用虚拟现实技术的关键是:应用的开发和实现都应当基于用户体验标准。

首先在于要符合大多数图书馆用户的使用习惯和网络行为;其次，这个虚拟环境中所包含和涉及资源、服务的数量也不是越多越好。而是需要注意分门别类、高效组合;再次，界面中的色彩搭配、虚拟对象物件的形状、含义等界面设计要简洁、清晰、明了，尽量减少可能给用户带来困扰的地方。

4. 可视化技术条件下图书馆的信息组织与实践

2007 年，ALA 的《Library Technology Reports》认为图书馆OPAC 时代已经过去。图书馆应该将资源通过新的组织方式和新的技术呈现给用户。伴随着图书馆2.0、WebPac2.0 等思想和技术的发展，基于可视化技术的资源加工、组织技术也开始出现。

网络环境下超文本技术的运用可以多维展示类目关系，使文献分类法的树状结构改造为网状结构，因而具有更大的灵活性和动态性。DDC 网络版(WebDewey)的研制则象征着分类法与网络的紧密结合，可以视为文献分类法可视化的开始。近年来大批问世的信息可视化软件，可以完成数据收集、集成、转换和映射，通过图像的变形、伸缩和位移形象地显示主题与主题或对象之间的多种联系，动态地生成可视化的联系相关图，为分类法、叙词表及本体等知识组织系统(KOS)的可视化提供了技术支持。

Renardus［15］

这是欧盟“信息社会技术规划”(Information Society Technologies (IST)programme)中的一个信息开发计划(2000 -2002)，目的在于为用户提供一个集成化的网络信息资源门户网站。该门户网站根据一定的标准进行资源的采集和加工，并通过DDC 作为多种分类法的中间转换语言。这样，每一个资源都可以被划分到DDC 之下的特定类目，并且通过可视化技术将资源之间的等级特性予以显示出来。该项目更多的是一种研究性项目。

这一系统使用扇形图显示，类目很直观。读者可以根据主题层次浏览各级类目，点击每一级类名都可以查看上、下位类或相关类目。双击图中任一类目，都可以链接到新窗口查看该类目的详细上、下位类。

OverView［16］

这是OCLC 研究署(OCLC Office of Research)的研究项目，旨在研究显示定量文本信息的方法。OverView 通过信息可视化技术，用DDC 构筑一个三维的信息空间，用柱形图显示检索词在各个类的相关度。用这种方法建立的信息空间的优点在于分类表的高度结构化与可度量性，分类号附加上类名与注释后具有比较丰富的语义，对于其他体系分类表的可视化，具有很好的借鉴意义。

基于Ontology［17］的知识组织可视化

Ontology，即本体，是对领域概念及概念之间关系的一种表达方法。基于Ontology 的概念表达系统，清晰、完整地揭示知识单元以及知识单元之间的关系，形成网状的内在结构。在美国图书馆的美国国会图书馆标题表(LCSH)项目中，其主题词表在进行SKOS 编目后，网络资源利用LCSH 建立了资源之间的直接联系，为主题数据机读化、Web 化提供了一个很好的基础。这里的LCSH 可以看成是一种“学科主题本体”，能够作为采用LCSH 标引的任何信息资源的一种“主题视图”［18］。而对于这种特殊的知识组织方法，传统的呈现方式无法有效的表现，而可视化技术能够将不同层次、具有复杂关系的结构予以表现。

5. 可视化技术在图书馆信息服务中的应用

图书馆拥有丰富的图书文献信息资源。对这些信息资源进行深层次的挖掘、解析，对特定机构、学科、专业领域的发展状况进行有效的分析，实际上一直是图书馆信息服务的核心内容。在今天大数据背景下，可视化技术在图书馆信息服务中的应用和作用将越来越凸显。

当前，高校图书馆利用可视化技术可以开展的工作和服务主要有以下几种方式。

5.1 通过可视化技术可以揭示行业、机构、学科、专业的整体发展面貌和发展情况

通过对大数据的数据挖掘和分析，可以对大量分散、零碎的相关数据进行量化，并以可视化的方式展现国家、行业、机构、学科当前的整体状态和发展趋势，可以为有关部门制订政策、决定资金投向、有效进行管理等提供决策依据。例如我国1987 年以来，中国科学技术信息研究所一直承担着中国科技人员在国内外发表论文数量和影响的统计分析工作，现在每年发布“中国科技论文统计报告”、“中国科技期刊引证报告”等资料，正是将大数据分析挖掘后，以图表的可视化方式，形象直观的展示出我国宏观科研实力发展情况。这一系列相关报告已成为国家教育、科技、文化等相关部门的重要参考资料。

在国内外高校、图书馆和科研机构，现在已有一些研究人员，应用可视化技术对特定机构、学科、专业的科研论文、专利等文献信息进行挖掘、分析之后，将海量、碎片化的数据转化为具有内在联系、可视化、有序化的图表方式，充分揭示出数据背后具有规律性的(静态或动态)内在发展规律，很多可视化研究成果对于具体的机构、学科和专业的发展，具有重大的情报和参考价值。

5.2 将可视化技术、信息检索技术相结合，利用知识图谱提升图书馆服务科研的能力和水平

知识图谱(Mapping Knowledge Domain，在图书情报界也称为知识域可视化或知识领域映射地图)［19］是以科学理论(科学计量学)为依据，以可视化技术为支撑，描绘某个知识领域的发展轨迹，动态、形象地展示领域知识的总体结构，揭示知识元之间的本质关系并预测学科发展趋势。它突破了传统的知识展示局限，把知识域及其内部结构以易于理解的、直观的方式进行展示。知识图谱将科学知识的复杂领域、学科前沿和新生长点以2 -D 或3 -D 的图像或动画直观地表达出来，从而可以更好地进行科学知识的组织、检索，更形象直观地揭示科学发展规律，方便科研人员更好的选择研究课题，也为科技管理部门对科技领域作合理安排与投资，提供了新的方法和手段。

知识图谱应用最常见的知识单元是期刊、文献、作者和叙词，它们从不同角度揭示了同一知识域发展的不同特征。可视化技术在其中的作用以CiteSpace 为例。CiteSpace 是一款基于引文分析理论，用于分析、挖掘和可视化科研文献数据，并由此揭示特定科技领域发展轨迹和研究热点的Java 软件。

类似的软件还有ArnetMiner、PaperLens、TDA、The Network Workbench (NWB)、Information Visualization Cyberinfrastructure (IVC)、Piccolo 等。它们都通过一定的数据挖掘算法，将计算结果以优雅的可视化方式予以呈现，让信息分析人员、决策人员能够直观、准确地进行观测、浏览、判别和理解信息。

5.3 在图书馆信息服务和参考咨询中更多的应用基于用户体验标准的可视化技术

在海量大数据的背景下，人们一方面有一种被信息淹没的感觉，另一方面由于网络和技术的不断发展，用户对图书馆信息服务的标准和要求在不断提高，传统的图书馆文献信息服务很大程度上已不可能满足这种基于海量数据挖掘和分析基础上的信息需求。由于海量数据与个人知识和接受能力之间矛盾的存在，图书馆基于用户体验标准的可视化知识与信息服务会越来越受用户的欢迎。因此，图书馆必须及早做出适当的转变，以适应大数据条件下读者信息需求的转变。

在图书馆的信息服务中已经有了很多可视化应用的典型案例，除了上述海量数据的知识挖掘与有序化、服务学科专业和科研发展的知识图谱等应用外，文献信息可视化技术、场景化虚拟图书馆、场景化虚拟索书导航、实景式三维模拟入馆培训等可视化技术也在图书馆逐步得到应用，这些可视化应用由于在设计时更加注重用户体验标准，不仅深受读者欢迎，而且节省图书馆资源，具有较好的发展前景。

例如:汤森路透集团旗下的Aureka，就是一款可以用于专利服务并对信息进行可视化分析的工具。Aureka 的可视化功能主要分为两种类型:专利地形图和专利引证树。

如图2 所示，专利地形图能够体现两方面内容:1、包含特定技术的专利总体分布情况;2、某一特定技术主题中聚集的相应的专利群。针对特定主题词，Aureka 应用聚类分析技术得到相关的多种主题，并据此生成主题(词汇)地形图。每个主题都聚集了一批专利，在图中用山峰以及不同的点表示。专利数量越多，等高线的数字越大。另外，对于个体专利来说，内容越相近，彼此之间距离就越小。点击专利点就会显示具体的专利信息。

图2:Aureka 专利地形图［20］

图3:Aureka 专利引证树［21］

图3 是Aureka 专利引证树的应用示例:这是现实的特定专利引用其他专利和被后续专利引用的情况。因此，它的专利引证树又叫做双向多级引证树。通过这种对专利引用信息的可视化揭示，在溯源技术发展路线图、确定核心专利、核心发明人以及基础技术上有极大帮助，为企业技术开发、研发投入、专利布局等提供帮助。另外，引证信息的形象揭示还可以帮助确定某一技术领域的发展趋势和研究某一竞争对手的专利布局等。

6. 结论

可视化技术由于在海量信息的层次性展示、情报脉络梳理、数据挖掘、信息分析研究等方面具有独特的优势和作用，因此在图书馆信息服务领域具有极大的应用空间和发展前景。

由于可视化技术从某种意义上看实质上是一种界面化技术，因此，可视化技术与传统文献信息服务具有很大的区别，直观、形象、易用、易于理解和应用，是可视化技术应用的基本要求，因此界面的友好是在图书馆信息服务中应用可视化技术的题中之意，这就必须要求在图书馆可视化技术应用和开发过程中必须坚持并基于用户体验标准。只有这样，才能更好地发挥可视化技术在图书馆信息服务领域的作用和潜力，也才有可能将图书馆信息服务的能力和水平，提升至与用户信息需求相适应的水平。

可视化技术现在已经在图书情报领域得到深入发展和应用，图书馆员和科研人员已经认识并体会到将可视化技术应用于科研数据分析所带来的好处，实际应用案例也逐渐增多。可视化在信息检索和信息组织领域中的应用使科研人员对所需信息有了更加系统、完整的掌握，方便对信息的进一步分析整理与深层次情报的挖掘。可视化技术在图书馆的深入应用也能更加体现图书馆作为知识宝库的价值。

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