数据可视化中色彩的合理运用

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数据可视化中色彩的合理运用

   色相是一种颜色测量术语,它是用于区分各种颜色(如红色、黄色、蓝色和绿色)的颜色属性之一。

我们在日常生活学习中阅读文件或文章时,常常喜欢用颜色来标记重点内容,原因是在背景相同的情况下,色彩影响了用户的前注意阶段,[2]可以将所要注意的信息凸显出来,这与数据可视化使得用户快速注意到重要信息的领域目的不谋而合。 影响前注意阶段的因素非常多,如纹理、形状、面积等。 相比较其他的视觉因素,色彩对前注意阶段的影响更大,并且可视化设计的成本最小。

如图1所示,在图中的数字,人们第一眼就先会观察到数字8,这种注意是迅速而无意识的。

  图1前注意阶段图  在与背景产生重要的区分度,吸引用户的程度最大色彩的选取上,Smallman认为,与背景颜色区分度比较高的有9种颜色,其中6种颜色有相对较高的使用频率,它们是红色、绿色、黑色、白色、蓝色和黄色。

[3]因此,当背景颜色不同于这6种的时候,可选择这几种区分度较高的颜色吸引用户的眼球,减轻用户的认知负担。   确定好前注意色彩的同时,对于细节的部分也要进行选择,在细节颜色选择的同时要仿照自然的配色,因为并非所有颜色给人的感受都是均等的。 从纯粹的数学角度来看,从浅紫色到深黄色的过渡可能类似于从浅黄色到深紫色的过渡。 这种现象的原因是我们已经习惯了自然界长期存在的那些变化,再看到相同的渐变时就会让我们感觉舒适。

例如,在美丽的夕阳下,我们可以看到明亮的黄色到深紫色的渐变,而背离自然渐变的颜色会使用户产生不舒适的感觉。    表达同一类型数据不同程度的情况,尽量使用明度或纯度这一视觉元素,因为过多的色彩元素会增加用户的认知负荷。

  色彩的明度对比是所有色彩因素中最容易区别的特征。 但是在日常生活中,我们发现,虽然人们对明度区分比较容易,但是多个明度等级放在一起的时候分辨能力还是比较弱。

所以,在进行可视化视图设计时,尽量使用不超过6个层次的明度等级;同时尽量等距地增大色彩明度之间的跨度,[4]使用户观看的时候可以明确分清楚,不会产生是否设计者用错颜色明度的疑惑,降低用户的认知负担,增加可视化数据的可读性,减少用户心理上产生挫败感。   纯度取决于颜色中颜色成分和无色成分(灰色)的比例。 颜色分量越大,饱和度越大;无色成分越大,饱和度越低。

纯度的表达上与色彩的面积之间有着强烈的影响,面积较小的区域上的纯度表达比面积大的区域上困难一些。

为了能够使用户更清晰地分辨,小面积区域一般用饱和度高的颜色填充,大面积区域则用低饱和度的颜色填充。

   当我们的眼睛同时受到不同颜色的刺激时,由于颜色之间的相互干扰,会产生特殊的视觉效果。 特定的颜色组合可能会产生错觉,并使设计师难以实现期待结果。

因为人们对纯度的认知很大程度基于周围环境,高纯度底色上的色彩显得纯度底,而一些低纯度的底色的色彩相反。

因此,要适当考虑环境色对可视化图表的影响。   对色彩的面积错视的考量,是数据可视化中重要的一环。

由于颜色具有膨胀或收缩的感觉,即暖色的颜色具有视觉扩散的感觉,冷色调的颜色具有收缩效果,从而导致视觉颜色区域的差异。 我们看到的法国国旗均分的蓝色、白色、红色实际上三色比例为37∶30∶33,视觉效果才相对一致。

  应用到数据可视化上我们可以看到,见图2,此数据可视化表示的是两个国家寿命情况的对比,左右两个圆的面积表示两个国家人口的预期寿命,面积相等,均为73岁。

我们可以看到,在数值情况一致的情况下,左边的圆圈采用了膨胀感强的橘色,而右边圆圈采用了收缩感强的蓝色。 尽管两个圆面积一致,给人造成的感觉是左边的圆明显大于右边的圆。

这也是面积错视需要注意的一点。

  在视觉设计中,这种无意的幻觉会引起用户理解困难。

Mitelstdt等人通过不断迭代像素的颜色值以获得最佳效果,[5]充分考虑人的感知,避免增加用户的疑惑。

  除了对像素偏差值进行补偿之外,我们也可以考虑使用灰色来弱化颜色特点的信息。 灰色可以起到一定程度的同化色彩的作用,达到一种调和的感觉。

  与此同时,不同的色调也会给人不同的心理感受,比如温暖,重量和距离,所以在视觉设计中要充分利用这一特性。 [6]比如中国城市温度变化图可使用温暖感程度由高到低的色彩来标记从热到冷的区域。 波长较长且明度较高的暖色有前进感,而波长较短且明度低的冷色调有后退感。

我们可以了解不同颜色的温暖感、兴奋感、重量感、距离感。

   调查显示,色觉障碍是全球范围内普遍存在的问题。 实际的原因是人眼中的三种锥形细胞分别受到红色、绿色和蓝色3种光的波长信号的刺激,从而产生我们所观察的真实世界。 但是这3种锥状细胞若有一种或几种受到损伤,就导致感知色彩出现异常,甚至不能产生感知现象。 最常见的情况是红绿色盲占色盲感觉障碍患者的90%。   四种色盲如下:红色盲又称第一色盲。

主要区别在于红色无法区分,绿色也变得更轻。 绿盲也称为第二种色盲,是最常见的色盲。 他们眼中的颜色亮度会降低,特别是绿色和红色。 蓝黄色盲,也被称为第三种色盲,蓝色和黄色混淆,红色,绿色可见。

全色盲是一种完全的圆锥形细胞功能障碍,这与夜盲症(棒状细胞功能障碍)恰恰相反。

多彩的世界在它的眼中是深灰色,就像黑白电视一样,只有明暗相间,但没有色差。

  图2两国人口预期寿命。