格式塔理论在数据可视化设计中的应用

缪冬昕 郁舒兰

摘 要：在数据可视化的过程中，信息的传达依赖受众的视觉感知和认知能力。格式塔理论是研究人们在观察时如何理解信息的心理学理论。格式塔理论的原则可以优化视觉图形设计，使其更高效、美观地传达信息。本文以格式塔理论中的原则为指导，探究用户的视觉感知和认知规律，讨论格式塔理论在数据可视化设计中的应用方法。

关键词：数据可视化;格式塔理论;视觉图形

0 绪论

格式塔心理学是对视觉设计影响最大的理论之一。格式塔心理学起源于德国，后于美国发展壮大。“格式塔”源自德语，意为“整体，完整”，因此格式塔心理学也被称为完形心理学。格式塔理论认为，人们在感知事物时是将其作为整体而非个体的相加。用户所感知的整体不仅由每一个单体元素构成，而且与元素与元素之间的内在特性有关，并且，用户会趋向于对事物进行内容简化、有序化、完整化感知。

数据可视化是依赖用户视觉感知和认知系统的信息传达技术，数据经过可视化后转变为更易于用户理解的视觉符号。将格式塔理论中的原则应用于数据可视化中，可以优化数据的视觉编码，使信息传达更高效、准确、美观、简洁。本文通过对格式塔理论中不同原则的具体分析，探讨格式塔理论在数据可视化设计中的应用方法。

1 图形与背景

图形与背景是两个相辅相成的视觉元素，在一定条件下可以相互转换。图形相对突显，背景相对后退，图形是一张图中的重点元素，图形和背景的差异越大，就越能抓住用户的注意力。因此，在同一张可视化图表中，要尽量拉开背景与内容的关系，否则会造成用户视觉感知上的混乱。另外，在可视化图表中也可以利用这一原则引导用户关注关键数据。例如，可以选用高饱和、高亮度且具有视觉张力的色彩如红色、黄色等来表示关键数据，选用低饱和、低亮度且较为冷淡的颜色如蓝色、绿色等来映射其他数据，让其他数据后退为背景，衬托关键数据。

2 接近原则和相似原则

接近原则和相似原则主要用于对数据的分组，揭示数据与数据之间属性上的差异。接近原则强调的是视觉元素空间距离上的属性，距离较近的对象容易被划分为一个整体。这一原则主要应用于信息层级的管理，当信息过多时，可以将同一主体的图文信息之间的距离缩小，不同主题信息的间距拉大，使信息主题划分一目了然，画面简洁有序。但是，使用接近原则时会受到许多限制，比如，在地理信息可视化中，视觉对象的地理位置由实际坐标决定，不能人为地决定视觉标记之间的距离。

相似原则是指人们根据对象视觉特征上的相似性进行感知分组，用户通常会根据对象在颜色、形状、纹理上的相似性决定分组。相似原则在使用上拥有更大的自由度和可辨认度，不受数据在空间距离属性上的限制，是可视化设计中普遍使用的分组方法。需要注意的是，当一组数据有多个属性类别时，针对同一对象利用相似原则分组的标记方法不宜过多，否则会降低相似原则的可辨认度，造成用户视觉上的混乱。

3 连续原则和闭合原则

用户在感知视觉对象时，更倾向于将多个离散的、不完整的、不闭合的对象结合作为完整的整体认知。连续原则和闭合原则就是这一理论的两个具体方面。连续原则意为用户会根据事物的边界、运动趋势，将不连续的事物认知为连续的整体。连续原则通常可见于散点图中，用户可将离散的点作为线理解，从而认知散点图数据的规律与趋势。如果数据点变化趋势复杂，则会影响用户的判断力，设计者可以作一条拟合数值变化趋势的辅助线，帮助人们理解。

闭合原则指的是用户会将不完整、不闭合的图形根据经验进行组合感知，找到一个近似的匹配图形，自动填补空缺，并将其理解为一个整体而忽略未闭合这一特征。在可视化设计中，可以将闭合原则应用于视觉的隐喻和象征的手法上。设计者只需要用视觉元素组成某一视觉形象的一部分，就可以向用户传达一个完整的视觉形象。

4 对称原则

用户的视觉感知和认知系统更喜欢有秩序的形状，在识别事物时也更倾向于将物体识别为对称体。对称的图形的平衡性、秩序性、稳定性可以给用户带来更好的视觉体验。在可视化设计中，不用刻意使视觉对象完全对称，只需要使其在画面上对称分布，就可以保证画面整体的视觉平衡性。此外，当视觉对象以对称的形式出现时，用户会优先将成对的对称图形划分为一组。也就是说，相较而言，对称原则比接近原则更具有优先性。

5 结语

格式塔理论揭示了用户的感觉和认知系统是解读外界信息并重新编码的过程，格式塔理论的核心思想是整体不等于部分之和，人们在认知事物时会自动将其简化、完整化、有序化。因此，在设计可视化的视觉效果时，设计者不能将各个视觉对象割裂开来，而要从整体的角度出发，结合用户在视觉感知上的经验，让一个画面内的可视化元素和谐共存。此外，在运用格式塔理论时还要与可视化编码的设计原则相结合，不能盲目堆砌使用，正确使用格式塔原理进行设计，才能让用户更好地解读信息，使得数据可视化更加高效、准确、简洁、美观。

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作者简介：缪冬昕（1997—），女，江苏南京人，南京林业大学本科生，主要从事产品设计方面的实践与研究。

通讯作者：郁舒兰（1969—），女，南京林业大学教授，主要从事产品与信息交互设计方面的研究。