阿波羅的可視化：人機關系的圖形化探索1

文/雅尼 ?亞歷山大? 路凱薩 大衛 ?敏德爾 譯/辛向陽 孫志祥

設計前沿 Design Frontier

阿波羅的可視化：人機關系的圖形化探索1

文/雅尼 ?亞歷山大? 路凱薩 大衛 ?敏德爾 譯/辛向陽 孫志祥

Visual Apollo: A Graphical Exploration of Computer-Human

雅尼 ?亞歷山大? 路凱薩：哈佛大學設計研究生院講師，伯克曼（Berkman）互聯網與社會研究中心邁科技（metaLAB）項目負責人，著有《協同設計師：建筑設計中的計算機仿真文化》（Co-Designers: Cultures of Computer Simulation in Architecture）。這部著作是對設計實踐的民族志研究, 探討了職業生涯中持續的社會和技術轉型。

大衛 ?敏德爾：麻省理工學院弗朗西絲（Frances）和戴維?迪布納（David Dibner）工程與制造史學教授，航空航天學教授，著有《數字阿波羅：航天中的人與機器》（Digital Apollo: Human and Machine in Spaceflight）、《人類與機器之間：控制論前的反饋、控制和計算》（Between Human and Machine: Feedback, Control, and Computing before Cybernetics）、《莫尼特號戰艦上的戰爭、技術和體驗》（War, Technology, and Experience aboard the USS Moni tor）。

美國航空航天局（NASA）一直在與不確定的國家政策環境作斗爭，時下正在尋求新的人與機器人組合的探索模式。在阿波羅時代，在太空建立人類存在是NASA工作不可分割的一部分。2有關人類在航天中的角色變化的更多信息，參見David Mindell, Digital Apollo: Human and Machine in Spaceflight (Cambridge: MIT Press, 2008).最近，火星探索漫游者任務已經表明對行星表面的遠程探索可以做到非常豐碩和成功。3參見 William Clancey, Working on Mars: Voyages of Scientific Discovery with the Mars Exploration Rovers (Cambridge: MIT Press, 2012); William Clancey,“Becoming a Rover,”in Simulation and Its Discontents, Sherry Turkle, ed. (Cambridge: MIT Press, 2008), 107-27; and Zara Mirmalek,”Solar Discrepancies: Mars Exploration and the Curious Problem of Interplanetary Time” (doctoral thesis, University of California, San Diego, 2008).太空探索是在極端環境下進行的眾多技術操作的范例之一。這種環境對人類和遠程存在的相對重要性提出了新的問題。“到那里”意味著什么呢？

情景機器人學和遠程技術的研究者、設計師和操作者正在測試技術操作中人機團隊日趨分布式的配置。這些技術操作范圍廣泛，從太空探索到手術治療等。4James Hollan, Edwin Hutchins, and David Kirsh,“Distributed Cognition: Toward a New Foundation for Human-Computer Interaction Research,” ACM Transactions on Computer-Human Interaction 7, no. 2 (June 2000): 174-96.然而，隨著自動化新形式的出現，工作的社會組織發生了意想不到的變化。如果我們要了解控制、責任及安全自動化程度的提高所產生的影響，我們就需要突破傳統的人機交互研究在人性因素和技術的社會研究兩方面的方法論界限。

人性因素研究往往側重于個體操作者和定量表示法,5Raja Parasuraman,“A Model for Types and Levels of Human Interaction with Automation,” IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics 30, no. 3 (2000): 286-97; Thomas B.Sheridan, Humans and Automation: System Design and Research Issues (New York: Wiley-Interscience, 2002).強調工作量、界面和情境意識，但是常常忽視人機團隊的社會結構和操作者角色的文化生產。然而，這些因素會對工程決策和國家政策制定方面的新技術的認同產生深遠的影響。盡管技術的社會研究探討這些更廣泛的社會文化問題，

一、引言

但是其研究方式常常重視定性數據、增值分析和線性解釋，需要考慮事件的技術層和時間層。1Bruno Latour, Science in Action: How to Follow Scientists and Engineers Through Society (Cambridge: Harvard University Press, 1988); Gary Downey and Joseph Dumit, Cyborgs & Citadels: Anthropological Interventions in Emerging Sciences and Technologies (Santa Fe, NM: School of American Research Press, 1997); Lucille Suchman, Human-Machine Reconfigurations: Plans and Situated Actions (New York: Cambridge University Press, 2007).研究分布式人機關系需要能夠注意到多通道互動的新方法。在我們的協同研究中，我們正在研發以豐富的、圖形化的、實時表示法匯集個人、社會、定量和定性數據的方法。2本文詳細論述了首次登月單機版可視化的貢獻和不足，曾在2012人機交互會議（CHI）的交互性小組宣讀。參見 Yanni Loukissas 和 David Mindell, “A Visual Display of Sociotechnical Data,” in Proceedings of the 2012 ACM Annual Conference Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems Extended Abstracts (CHI 2012): 1103-6。此外，本文將該項目置于更宏大的研究策略之中，即研發一種可視化語言,讓人們在數字文化的闡釋性研究中看到定量和定性數據。

圖1 阿波羅1號完成任務后的可視化屏幕截圖

最初的可視化是一種帶綜合音頻的交互彩色應用。我們在本文中闡明使用數據可視化作為一種方法研究以技術為中介的人際角色和關系。盡管很多定量研究者都使用可視化方法，但是他們往往沒有整合該過程中的定性細節和社會文化背景，因為要做到這一點很不容易。特別是在宇宙飛行和航天領域，可視化被用于事故調查，但是研究者常常專注于機械而不是所涉及到的人際網絡。3有關飛機事故調查中的動畫運用，參見Colgan Air Flight 3407, National Transportation Safety Board, Public Hearing, May 12–14, 2009, www.ntsb.gov/news/ events/2009/buffalo_ny (2012年3月4日訪問)。與此同時，總的來說定性研究者總是回避可視化。因此，盡管傳感器數據和數值計算被圖表化，但是仍然看不到人際溝通和人際關系。我們的方法是研發一種能夠分析所有這些數據的常見格式,從而揭示其中的社會動力和技術動力，這些用別的方法是很難想象或表達的。

首先，我們要以長遠的觀點看待人機關系并利用可用的數據，為此我們的首例可視化選自早期航天。我們以1969年阿波羅11號登月為例，不僅利用了新近恢復的下行數據，而且利用了《數字阿波羅：太空飛行中的人和機器》的前期成果。這些數據揭示了與登月艙和指令艙的宇航員以及地面控制人員之間的人際互動同步的阿波羅制導計算機的狀態。4這些數據材料來自敏德爾的《數字阿波羅》及以下來源：NASA, Apollo 11 Descent and Ascent Monitoring Photomaps, NASA Manned Spacecraft Center, Houston,TX (1969a); NASA, Apollo 11 Technical Debrief, NASA Manned Spacecraft Center, Houston, TX (1969b); NASA, Apollo 11 On-Board Voice Transcription,NASA Manned Spacecraft Center, Houston, TX (1969c); NASA, Apollo 11 Range Data, NASA Manned Spacecraft Center, Houston, TX (1969d); NASA, Apollo 11 Technical Air-to-Ground Voice Transcription, NASA Manned Spacecraft Center, Houston, TX (1969e); and Spacecraft Films, Apollo 11: Men on the Moon,Twentieth Century Fox Entertainment (2002)。接下來，我們詳細描述阿波羅11號的可視化，并把它置于具有重大影響的歷史先例之中。我們還要強調我們的可視化所揭示的人機交互模式，并且解釋可視化所忽視的那些模式。數據可視化的好處很多：源頭可以很廣泛，呈現更易于訪問，而且時間可以作為交互變量。然而，這種格式也存在一定的局限性。創建清晰的數據可視化要求省略掉很多東西，盡管它們能夠豐富我們對事件的理解，但或許不適合圖示。在此呈現的阿波羅11號可視化版本中（見圖1），我們選擇省略掉了有關設計師和技術研發者的身體互動、歷史和文獻信息以及虛擬存在。（未來的可視化中可以找到納入這些數據的新方法。）最后，考慮到種種益處、缺失和不足，我們在文章的最后對數據可視化的必要步驟進行了解釋，以使數據可視化成為跨域人機關系研究的普遍可行格式。

二、 方法

直到最近，數據可視化——數字化信息成像技術的設計——才被正式確立為獨立的跨學科的研究方法。當今的可視化得益于科學制圖法和地圖學的長期發展。5有關信息可視化的歷史回顧，參見Edward R. Tufte, The Visual Display of Quantitative Information (Cheshire: Graphics Press, 2001); Edward R. Tufte,Envisioning Information (Cheshire: Graphics Press, 1990); and Anthony Grafton and Daniel Rosenberg, Cartographies of Time: A History of the Timeline (Princeton: Princeton Architectural Press, 2010)。在過去的十年中，學者們已經試圖指定一些書籍作為可視化數字轉向的基礎文本。6值得注意的例子包括Stuart K. Card, Jock Mackinlay, and Ben Shneiderman, Readings in Information Visualization: Using Vision to Think (San Francisco: Morgan Kaufmann, 1999); Robert Jacobson, ed., Information Design (Cambridge: MIT Press, 2000); and Ben Fry, Visualizing Data: Exploring and Explaining Data with the Processing Environment (Sebastopol, CA: O’Reilly Media, 2008)。我們的數據可視化方法利用了最近的技術進步，包括更好的編程工具以及對時間編碼、視覺感知和闡釋的細微差別的更深入的理解。3有關與我們的研究相關的技術范例，參見Casey Reas and Ben Fry, Processing: A Programming Handbook for Visual Designers and Artists (Cambridge: MIT Press, 2007); Adam Fouse et al., “ChronoViz: A System for Supporting Navigation of Time-Coded Data,” in Proceedings of the 2011 Annual Conference Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems, CHI EA’11 (New York: ACM, 2011), 299-304; Colin Ware, Visual Thinking: For Design(San Francisco: Morgan Kaufmann, 2008); and Stephen G. Eick, “Engineering Perceptually Effective Visualizations for Abstract Data,” in Scientific Visualization Overviews, Methodologies and Techniques, IEEE Computer Science (1995): 191-210。

圖2 “繩兒”編目（包括阿波羅11號登月艙登陸編碼）

圖3 下行數據樣張（顯示來自DSKY的同步數值）

此外，我們對可視化及其使用的數據持批判的觀點。我們期望通過已有的可視化的社會研究，了解技術運用中的機遇和陷阱，使無形的世界為科學而變得有形——這里的科學包括人類研究和物質世界研究。4有關科學技術實踐中的可視化的社會研究，主要包括：Elspeth Brown, “The Prosthetics of Managements: Motion Study, Photography, and the Industrialized Body in World War I America,” in Artificial Parts, Practical Lives, Katherine Ott, David Serlin, and Mihn Stephen, eds. (New York: NYU Press,2002); Peter Galison and Caroline A. Jones, Picturing Science, Producing Art (London: Routledge, 1998); and Bruno Latour, “Drawing Things Together,” in Representation in Scientific Practice, Michael Lynch and Stephen Woolgar, eds. (Cambridge: MIT Press, 1990), 19-68。盡管可視化很多年來都是社會探究的對象，但是這種探索常常忽視了可視化可以作為潛在的工具。一些例外現象值得我們注意，包括網絡分析、地理信息系統的使用以及最近數字人文中的自定義應用程序。5作為這種自定義應用的案例，參見Alice Thudt, Uta Hinrichs, and Sheelagh Carpendale, ”The Bohemian Bookshelf: Supporting Serendipitous Book Discoveries Through Information Visualization,” in Proceedings of the 2012 ACM Annual Conference on Human Factors in Computing Systems, CHI’12 (New York: ACM, 2012), 1461-70;“Mapping Controversies,” www.demoscience.org/ (accessed February 4, 2013); and“HyperStudio—Digital Humanities at MIT,”http://hyperstudio.mit.edu/ (accessed February 4, 2013)。然而，所有這些舉措都沒有專門設計人機系統中的分布式關系。

我們正在研發對應于具體操作的一系列可視化，把它作為建立更通用的工具和技術的途徑，幫助他人看到一系列技術領域的人機關系。我們目前的重點主要集中在短時操作（大約十分鐘），以捕捉發生在每時每刻的互動。我們的方法是把人機關系表示為對話的歷史記錄。阿波羅11號任務上連接登月艙的尼爾?阿姆斯特朗（Neil Armstrong）及巴茲?奧爾德林（Buzz Aldrin）、指令艙的邁克爾?柯林斯（Michael Collins）和地面控制的查理?杜克（Charlie Duke）的語音信道顯然屬于這一范疇。然而，有些方面就不那么明顯。例如，這些工作人員也在和登月艙本身交流，在和設計硬件的人、寫軟件的程序員、培訓人員、任務規劃者以及其他許多參與者交流。他們的判斷都或明或暗地為整個人機系統做出了貢獻。在突出較為明顯的對話的同時，我們試圖突出這些隱形的對話。通過闡明嵌入復雜技術系統的人際關系，我們的方法試圖讓研究者和設計師更好地理解技術和社會系統之間的相互影響。

我們的數據可視化工具不僅僅是一種呈現方法，它們還是分析探究的空間，借以思考的對象。1有關創造與思維之間的生產關系的深度討論，參見Seymour Papert, Mindstorms: Children, Computers, and Powerful Ideas (New York: Basic Books, 1980)。事實上，我們的方法支持設計師式的工作和信息理解方式。設計師的方法是做中學的方法之一。2有關設計思維的實踐性本質，以下著述已有全面深入的討論：Donald A. Sch?n, The Reflective Practitioner: How Professionals Think in Action (New York:Basic Books, 1983)。因此，我們感興趣是以開放式的方法實現可視化，而不是遵循現成的模板。再者，除了研發我們自己的可視化，我們正在研發一種開放源代碼的可視化工具包，它可以擴展和改善現存的構建自定義信息可視化的系統。3其他很多人已經建立了可視化工具包，但目的不同。參見 Jean-Daniel Fekete, “The InfoVis Toolkit,” in Proceedings of the IEEE Symposium on Information Visualization, INFOVIS ’04 (Washington, DC: IEEE Computer Society, 2004), 167-74; and Jeffrey Heer, Stuart K. Card, and James A. Landay,“Prefuse:A Toolkit for Interactive Information Visualization,” in Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems, CHI ’05 (New York: ACM, 2005), 421-30.

圖4 評注

三、 阿波羅11號登陸可視化

敏德爾的《數字阿波羅》一書敘述了阿波羅制導和控制系統的歷史，及其與圍繞20世紀航空飛行員角色的辯論的關系。該書的后半部分著重于登月的最后十分鐘——整個阿波羅任務最艱巨也是最危險的階段——從十英里高的軌道到安全著陸。該書運用技術人種學，考察了執行登陸的計算機和軟件設計。然后，通過分析數據、轉錄、音頻、視頻和技術報告，該書對登月的最后關鍵階段進行了大量的實時描述。該書不僅描述了設計角度的運行方式，而且描述了六次登月任務中每一次的實際運行情況，突出了異常、錯誤、驚喜和富有創意的變通措施。該書還敘述了有關電路設計和軟件主管的技術辯論、傳統的諸如注意力和工作量等人性因素的考量，以及史學和社會學的技術觀，比如有關機組人員專業身份的緊張狀況、國家政治目標及冷戰議程、系統設計人員之間的辯論、機組人員與地面控制人員之間的知識分布和權力關系。

盡管《數字阿波羅》的敘述是以書面形式呈現的，但是我們試圖以形象的交互格式，增強對阿波羅任務的某個事件的理解。這種格式使得我們得以顯示固定時段內可用證據的豐富程度。《數字阿波羅》出版以后，作者經唐?艾爾斯（Don Eyles）許可，已經拿到了“繩兒”編目（見圖2）。唐?艾爾斯不僅是下行遙測的主要程序員之一，還是登月艙內置登錄編碼的主要程序員之一。我們接到的遙測技術數據是老式計算機打印輸出的微縮膠片副本形式（見圖3）。這些打印材料包含登陸期間每兩秒鐘計算機系統的狀態信息。

圖6 任務團隊通信所映射的對數刻度圖

圖7 來自下行遙測的姿態角數據

下行數據的單個頁面被掃描為圖像文件，掃描結果都經光學字符識別（OCR）程序檢查。然而，即使提高掃描的對比度和清晰度，光學字符識別的可靠程度也只達到75%，必須把編目的每一個數字化頁面與原來的文件進行比對，以找到剩下的錯誤。修正后的編目數據最終被格式化為一系列的xml文件，但是很多編目數據仍未得到處理。將來或許需要針對擴展性文件的其他部分開展工作。我們已經處理了這些新數據，并結合通信轉錄、飛行后的情況匯報采訪和其他的補充來源，創造出阿波羅11號登陸最后10分鐘的交互式可視化。

圖1是從整個可視化中摘錄的數據流。X軸表示時間，在左邊從任務時間102:15:20開始，就在下降軌道插入（DOI）燃燒后。（請注意，任務時間從發射開始，以“時:分:秒”的形式顯示。）登月艙此刻在月球表面上方相對安全的十英里軌道上。

圖的縱軸被劃分為多個部分。可視化的最頂端是評注功能（如圖4所示），該部分提供了對登月期間與事件本身同步的重要時刻的反思。這些反思不僅來自《數字阿波羅》中的事件分析，還有對宇航員的任務報告訪談。總之，這些評注有助于表明興趣點所在以及可能的數據闡釋方式（見圖4）。

評注包括《數字阿波羅》中的歷史反思以及與阿姆斯特朗和奧爾德林的任務報告訪談。

the area of the circle is proportional to the length of the utterance: 圓圈的面積與語段的長度成正比

垂直模式表示關鍵決策的瞬間，要求每位控制員給出“走/不走”的建議。

集體決策時刻

Individual utterance: 個人語段

從登陸的最后關鍵階段的通信中可以跟蹤工作量和權威交換。

評注的正下方是從任務的外科醫生（頂部）到飛行指揮官（底部）在內的休斯頓任務控制成員。這些角色對應于在主要任務控制中心的控制臺就座的個人。（縱軸的這部分如圖5所示。）追加的支援小組沒有表示出來，他們和密室的每一位小組成員進行溝通。

這些角色都處于完全不同的空間距離，為了在視覺上容納下這些角色，我們選擇了對數刻度的工程慣例。在聚焦于小端分辨率的同時，對數刻度可以描繪出較寬的值域。中間部分（如圖6所示）是從月球到地球以英尺表示的海拔指數單位（大約109英尺遠）。來自登陸艙通信（與太空機組人員溝通的地面宇航員）、指令艙飛行員、任務指揮官和登月艙飛行員的語段都標在了這張圖上。

當阿姆斯特朗駕駛航天器穿越目標登陸區域內的一個大型火山口時，姿態角臨近最后不規律地波動。

圖8 來自DSKY(顯示屏/鍵盤接口）的數據

圖9 來自阿波羅11號的姿態角數據

來自哥倫比亞號指令艙（在月球軌道）的通信被繪制在105到106英尺之間。來自老鷹號登月艙的對話始見于50,000英尺的高度（在圖左邊的104英尺到105英尺之間），止于月球表面（右邊0英尺）。

在圖1中，該圖部分覆蓋在月球表面的合成圖像上。1NASA, Apollo 11 Descent and Ascent Monitoring Photomaps, NASA Manned Spacecraft Center, Houston, TX (1969a).兩個圖形都互相旋轉90度，旋轉軸穿過登陸點。可視化的底部包含來自阿波羅計算機系統、阿波羅計算機（DSKY）的顯示屏/鍵盤接口和阿波羅制導計算機（AGC）的數據。這些計算機系統把團隊成員和由科學家、設計師和程序員組成的擴展網絡置于對話框內，否則這些科學家、設計師和程序員就無法出現。航天器的姿態角變化（如圖7所示）可以在月球表面登陸點圖像下方進行監控。DSKY與人員對話同步顯示模式和數值，它們代表來自遙不可及的阿波羅控制系統的設計師的聲音（如圖8所示）。

圖中的每一個圓圈都代表一位團隊成員或地面控制人員的語段，圓圈的大小和語段的長度成正比。后續語段之間的連接線代表團隊成員之間的查詢和回應。登月艙對話周圍的小循環線代表機組人員之間的交流。具體的事件都有標記，如計算機程序的修改和著名的“1201”和“1202”程序警報，但它們在關鍵時候會對機組人員造成一些干擾。

阿波羅11號登陸可視化起初使用了Processing，即Java開發環境，后來使用了Open Frameworks，即圖形C++庫，運用了來自多個文件和文件類型的數據，即兩個單獨的通信轉錄、兩個音頻文件、一個月球表面圖像和兩個計算機系統（DSKY接口和AGC）的打印記錄。我們的應用程序把這些資源讀取到內存中，作為一系列通過共同運行時間協調的事件。我們已經選擇了一種事件結構以突出人機之間的實時交互關系。我們的編碼使用這一結構及時顯示每個來源的數據，并顯示與其他來源之間的關系。諸如語段或姿態角數據之類的事件都被映射到顯示屏上,以表達它們作為操作序列的一部分的意義。

來自DSKY的不斷變化的變量用熱力圖顯示，以便捕捉波動的模式和范圍，而無需顯示具體數值情況。

圖8來自DSKY（顯示屏/鍵盤接口）的數據

3.1 登陸模式

圖1所示的可視化使得我們能夠看到阿波羅11號登陸的方方面面，否則這些都是很難理解的。如上所述，《數字阿波羅》對同樣事件的敘述往往要用整整一章，而且還沒有呈現多少量化的數據。可視化顯示覆蓋定性和定量數據流的宏模式。例如，由于數據流失和調整登月艙的高增益天線問題，登陸第一階段的通信明顯稀少。事實上，通信信道的間歇性運轉是機組人員的工作量和壓力增加的顯著源。在《數字阿波羅》的撰寫期間，只有對這些轉錄進行長時間的研究和寫到它們之后，才能辨別這些溝通模式，然而以可視化的形式它們就變得一目了然了。在某種程度上，可視化對學術研究進行了總結，這些研究涉及到協調完全不同的數據組，包括軌道、通信、核查清單、計算機數據和任務報告。有了可視化呈現，也能夠更加容易地追蹤登陸最后關鍵階段工作量和權威的協商方式，以及作為對程序警報的響應是如何將工作量從登月艙切換到休斯頓的。

我們對登陸的分析集中于三個重要階段，可視化捕捉到了這三個階段。第一階段始于可視化的最左邊，大約在102:33:05，就是顯示可以動力下降（PDI）的時候。當計算機順著飛行矢量點燃登月艙的火箭發動機，使其放慢速度，該事件就啟動了正式登陸序列。速度的下降降低了登月艙的軌道，使它從軌道上掉下來。一旦PDI點燃開始，航天器要么能夠安全登陸，撞上月球，要么在接下來的十分鐘內執行危險不定的中止計劃。從PDI到登陸的這段時間是任務中最長、最困難、最關鍵的環節。按照1-10的難度等級劃分，阿姆斯特朗把它的難度等級描述為13級。

第二階段始于PDI 后不久，此時計算機開始發出一系列的1201/1202“程序警報”，說明計算機有問題。第一個問題發生在102:38:30，就在可視化的中部。隨著機組人員決定是否執行緊急中止計劃，隨著地面控制人員試圖診斷問題，溝通變得緊張起來。認知工作量從宇航員和機載計算機轉移到地面控制人員（“我們繼續發那個警報”）。地面控制人員迅速準確地做出判斷，認為計算機在對數據顯示過程做出響應時超負荷了，但是計算機只是在放棄非重要任務。作為回應，地面控制接管了顯示屏監視任務（杜克：“老鷹，我們將監控你們的德爾塔H”），這樣就釋放了像處理器周期和人員注意力等重要資源。

最終，最后的階段始于102:41:35，此時可視化的轉錄和DSKY數據都是P64。計算機正在切換到新的程序（#64）,開始把航天器傾斜到垂直狀態，機組人員因此可以看到窗外，并且目測他們的登陸地點。可視化顯示了姿態角數據是如何開始變化的，如何協同程序修改以及機組人員對事件的口頭認可的。

航天器的姿態角達到P64后，宇航員的注意力集中到他們與地形和計算機的交互上。與地面的通信被最小化，最終阿姆斯特朗決定關閉在P66的自動化目標，并以半自動化的“姿態保持”方式著陸。在圖9中，當代的飛行后分析的姿態角圖追蹤了阿姆斯特朗最后努力飛過月球巖質表面的情況。登月艙的下降發動機被安裝在太空船底部的一個萬向節上。這樣，姿態角（圍繞水平軸旋轉）控制了推力的方向，使得阿姆斯特朗能夠通過旋轉著陸器的方向改變著陸器的側向加速度。《數字阿波羅》以及姿態角的靜態圖都對這些動力學做了歷史記述。1Mindell, Digital Apollo, 254. Norman Mailer, Of a Fire on the Moon (Boston: Little Brown & Co., 1970), 377.

我們新近發現的姿態角數據與《數字阿波羅》中的圖形是一致的——這是下行數據準確性的一個重要標志。然而，當以可視化呈現時，加上對話框和其它指示器，在阿姆斯特朗指揮下的航天器旋轉就顯得非常逼真。當航天器接近月球表面時，阿姆斯特朗首先后調姿態角以便減慢前進速度，然后前調姿態角飛到大型火山口的另一側（這在所附的月球圖像中并非清晰可見）。在任務結束后的匯報中，他指出：“我已經把它斜得像直升機了”。姿態角數據的突然波動反映了阿姆斯特朗對自己親身經歷的最后片刻的描述。他說他的表現就像“最后有點痙攣”；諾馬爾?梅勒（Normal Mailer）等觀察家說登月艙就像“半翅類水蟲掠過水面，不知道該停在哪個爪墊上”。1Mindell, Digital Apollo, 254. Norman Mailer, Of a Fire on the Moon (Boston: Little Brown & Co., 1970), 377.但是沒有一個描述能像我們的可視化那樣傳達了事件的速度和節奏，可視化將姿態角數據和轉錄協調起來了。實際上，姿態角和對話形成了有趣的對比。相比之下，對話對事件的報道要更加柔和一些。事實上，阿姆斯特朗的猶豫不決大多體現在他處理著陸器的方式上，而不是口頭表達上。只有在阿姆斯特朗道出那句名言“休斯頓，這里是靜海基地，老鷹已經著陸”之后，轉錄中才充滿了喜悅和慰藉。這種數據流之間的對比表明有必要通過多種渠道來全面報道此類事件。

我們圍繞首次登月數據的可視化呈現為進一步探究打開了豐富的空間，有助于就這三個時刻進行持續的對話和分析。此外，這種可視化中所顯示的人機之間的持續協商對所有工作領域的交互都很典型，分布式團隊都在不確定的社會、技術和環境背景下尋找安全的軌跡。

3.2 機會和不足

我們的阿波羅11號登月可視化代表了人機關系研究的新篇章。我們在此突出了一些代表性的特征，而我們的方法又把這些特征運用到此類事件的分析之中。在這些特征中，多樣化數據集、圖形格式和時間交互這三個特點是最為突出的，它們對我們看待實時交互的方式也有重要啟示。我們在本節將對這些優點作簡要的說明，但同時也討論我們的方法所遺漏的方面。

首先，我們的可視化以易解有序的方式整合了很多不同來源的數據集。阿波羅11號可視化描繪了數分鐘行程內的同步通信、傳感器數據和制導計算機的狀態。可視化可以自動讀取、同步和搜索來源完全不同的數據。如果人工完成的話，那是極其費力的。例如，無論“警報”出現在哪一個數據集，無論是通信轉錄還是計算機記錄，每一次使用“警報”一詞都會被突出顯示。阿波羅11號可視化中所匯集的大量數據讓觀眾有身臨其境的感覺。

第二，我們的工作將大量的多格式數據轉換成可以進行可視化分析的圖示模式。這種表征形式涉及到一些數據的扁平化。例如，把一個人的語段轉換為相應比例的圓圈。盡管這種扁平化產生了很大的損失，但也創造了新的機會——在此例中是使觀眾能夠同步看到所有的通信。我們的圖形格式也保留了原始事件的很多空間關系，但進行了適當的縮放。然而，原始事件中的非空間條件也可以很容易地在空間上表示。例如，將語段扁平化為幾何圖形就是一例。另一個例子就是沿著可視化的X軸描繪向月球表面下降速度的方式。時間在此是通過空間來表示的，事件出現得越靠右，那它就發生得越晚。這種轉換的優勢在于無需進行詳細的解釋。一旦坐標軸有了標記，時間和空間之間的圖形關系就變得顯而易見。

第三，我們是用時間來表示數據集。阿波羅11號可視化實時地呈現數據。登陸最后幾分鐘的交互速度是很難用書面形式表達的。我們將時間納入進來作為表征的一個維度，使得觀眾能夠直接體驗人機交流的節奏。此外，可視化的交互特點允許把時間作為一個變量來操控。通過調整時間軸，或通過在應用程序的一個版本中放大看一下細節，觀眾就可以按照自己的節奏查看數據。他們也可以使用內置開關，選擇聯合查看哪些數據集。這種自主的數據接口可能會讓一些人不知所措，但是如果觀眾得到充分引導或者知道自己在找什么，那它也可能很給力。

當然，即使是以這種豐富的格式，也只是包括了一部分可能有用的數據。一些我們想用的數據在這一歷史事件中根本就沒有。我們也仍然在學習，試圖找到一種平衡，既要呈現所有相關的數據，又要做到有焦點，不透支觀眾的注意力。我們相信目前的可視化在信息和簡練之間取得了很好的平衡。然而，我們也可以考察一些被撇開的數據：生理的、嵌入的、歷史的和敘事的。

生理數據包括手勢、注意力、取向、甚或心率等，傳達了有關操作員的身份、社會關系甚或是組織文化的大量信息。在阿波羅11號可視化的例子中，我們所掌握的奧爾德林和阿姆斯特朗在下降期間的微觀行為的數據有限。關于他們身體配合的更多信息能夠讓我們了解那些非言語溝通和干擾，在緊張的著陸階段它們很有影響。

此外，我們相信參與性技術的研發人員在此類事件中的存在是嵌入式的。事實上，在可視化中能夠而且應該看到這些遠程貢獻者的身影。在這種情況下，我們有“繩兒”編目形式的登陸編碼，但仍然需要整合。2由于最終飛行時阿波羅計算機程序是用銅絞繩硬線連接的，因此這些程序過去被隨口地稱為“繩兒”。繩兒編目是著陸程序的打印文本版。參見Don Eyles, “Tales from the Lunar Module Guidance Computer.” Paper presented at 27th Annual American Astronautical Society Guidance and Control Conference (Breckenridge,CO, February 2004)。與“自動化”的人際關系本質上就是與他人的人際關系。我們并不認為“自動化”是社會互動的外生變量，也不是需要從以人為中心的角度進行優化的“工具”。在我們看來，做事（和系統）的行為與處理人際關系的行為是相似的。用社會學家理查德?塞尼特（Richard Sennett）的話來說，“做事的難處和可能性完全適用于處理人際關系”，而且“我們的身體塑造有形事物的能力和我們利用社會關系的能力是一樣的”。1Richard Sennett, The Craftsman (New Haven: Yale University Press, 2009), 290.因此，人與人之間的交互和人與計算機之間的交互可以而且應該采用同樣的研究方法。例如，研發人員對于阿波羅宇航員的能力和不足的判斷——他們的感知能力、認知能力，甚或是他們的活動范圍——實現了同時也制約了首次登月期間的每一次人機交互。

再者，諸如人物傳記、機器研發路徑，甚或是組織和政治條件的演變等歷史信息都是極其相關的。這些數據都有，主要在《數字阿波羅》中，但是我們仍然在研發使這些數據以有意義的方式圖示化的方法。這些數據可以添加到小的文字說明里，但是卻有使當前應用程序過載的風險。本文并沒有描述可視化的另一個版本，它包括對數時間軸，因而長長的時標不僅包括像訓練時間表這樣的任務事件，而且包括文化、政治和個人數據，同時仍然允許以后以逐秒操作為重點。

最后，阿波羅11號可視化很少包括傳統歷史敘事的內容。當然，可視化設計本身以策劃的方式呈現數據。然而，可視化并沒有呈現顯性的或線性的故事以便于單一觀眾的理解。我們相信，服務于更多普通觀眾的可視化能夠從定向的故事情節中受益。很多觀眾對數據切換并不感興趣，而只是想得到信息而已。可視化不應僅僅是瀏覽數據的研究工具，也可以幫助更廣泛的觀眾了解復雜的事件。

在未來的工作中，我們將嘗試數據可視化的替代手段，這為生理的、嵌入的、歷史的和敘事的元素在視覺上和概念上都留出更多的空間。作為文章的結尾，我們現在再反思一下我們的可視化案例的貢獻，包括對當前理解技術操作中的人機關系的方法的貢獻，以及對那些能夠刺激我們下一步的懸而未決的問題的貢獻。

四、 結論

我們以阿波羅11號登月為例，闡釋了使用數據可視化研究人機交互的優點。我們的方法融合了所有數據集、可訪問的圖形格式和身臨其境的數據體驗。數據可視化提供了重新呈現復雜的社會和技術數據的機會，而且廣大觀眾都能訪問這種呈現格式。然而，這種格式也表現出新的制約，即數據必須在圖形上適合可視化。在所討論的案例中，生理的、嵌入的和歷史的數據還沒有得到完全整合。此外，盡管這種格式為擺脫敘事型寫作結構提供了機會，但是對于一般觀眾而言，某種有序的解釋是有益的——或許是無價的。考慮到這些機會和不足，我們正在繼續改進我們的方法，并在朝著更通用的系統努力，以可視化的形式重新呈現人機交互中的數據。我們目前正在同時研發數種可視化類型，每種類型都迎合了特定觀眾的期待和目的。

首先，我們必須意識到數據可視化復雜性的制約因素，這和觀眾的選擇有關。社會科學家情愿忍受很多復雜性和模糊性；技術人員對有決策針對性的數據更感興趣；普通觀眾想得到廣泛的信息。為此，我們正在了解每一類觀眾以及他們從數據收集到最后呈現的種種需求。

在各種參與層次上，我們都把可視化看作解釋人機關系的更大工具包的組成部分。即使是現在，我們還在嘗試種種方法，用以補充航空、外科和水下考古等方面的數據收集手段（如專家訪談）。事實上，我們的工具并不非要替代或復制人類學家、社會學家和歷史學家的全部工作。相反，我們的目標是要幫助廣大觀眾對人類操作員形成更豐富的視角，并誠邀更深層次的定性的和定量的聯合研究。

總之，這項工作回應了一個普遍的問題：我們并不能輕而易舉地理解人類的所有實時參與和在復雜環境中展開的技術活動。如果自動化系統的研究人員、設計師和操作者以及公眾想要理解新技術對人的影響，他們需要更具包容性易于訪問的方法，借以解釋技術人員在技術操作中不同的分布式地位。數據可視化中新的研究機會關系到人類的種種努力，在此人類操作員在面對遠程存在、仿真、自動化及相關技術的同時，將迎接種種社會挑戰和技術挑戰。

10.3969/J.ISSN.1674-4187.2017.01.001

辛向陽，江南大學設計學院教授、博士生導師，研究方向：文化背景下的設計哲學、交互與體驗設計、服務設計、設計方法。

孫志祥，江南大學外國語學院教授、博士，研究方向：翻譯學。

本文譯自《設計問題》雜志2014年（第30卷）第2期。

1本文系國家社會科學基金藝術學一般項目“基于國際前沿視野的交互設計方法論研究”（項目編號：12BG055）、江南大學本科教育教學改革研究項目“‘大眾創業、萬眾創新’引領下的《設計應用翻譯教程》教材開發研究”（項目編號：JG2015028）的階段研究成果。

（責任編輯 顧平）