淺析在信息設(shè)計中玫瑰圖相對餅圖在突顯數(shù)據(jù)差異上的優(yōu)勢

嵇 亮，朱啟文，胡正東

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 南京 210000）

1 引言

信息（Information）指人類社會傳播的一切內(nèi)容。人們通過獲得、識別自然界和社會的不同信息來區(qū)別事物，得以認(rèn)識和改造世界。信息爆炸的時代，信息量以幾何級增長。其增長的速度遠(yuǎn)比人類接受、理解的速度快得多，而現(xiàn)代通信、傳播技術(shù)的發(fā)展，又大大提高了信息傳播的速度、廣度。在此情形下，平面設(shè)計師如何更準(zhǔn)確有效地組織、整理、轉(zhuǎn)化、呈現(xiàn)信息就變得尤為重要，信息應(yīng)當(dāng)被設(shè)計。

2 信息設(shè)計概述

信息設(shè)計是在信息化社會的大背景下被提出來并日益受到重視的，是近幾十年來信息技術(shù)領(lǐng)域一個引人矚目的新興研究熱點(diǎn)。信息社會和以往工業(yè)社會不同，設(shè)計人員所面臨的不再僅僅是有形的實(shí)體產(chǎn)品的設(shè)計和創(chuàng)造，而是要更多地解決海量的、無處不在的、以數(shù)字或其他形式存在的無形信息的設(shè)計問題。當(dāng)代信息設(shè)計學(xué)科具有跨學(xué)科與綜合性的突出特點(diǎn)[1]。信息設(shè)計、數(shù)據(jù)可視化在21世紀(jì)的重要性就如同攝影、攝像在20世紀(jì)的地位[2]。

需要注意的是，信息設(shè)計不是純粹的美學(xué)設(shè)計，它與客觀數(shù)據(jù)、信息強(qiáng)相關(guān)，此類數(shù)據(jù)包含但不僅限于以下：以時間發(fā)展為序的時序性信息；表達(dá)空間的空間關(guān)系信息；表達(dá)流程的推導(dǎo)性信息；表達(dá)組織結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)組織性信息；表達(dá)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的關(guān)聯(lián)性信息等。在信息設(shè)計中，設(shè)計形式不以美觀為唯一訴求，而更加強(qiáng)調(diào)客觀性、功能性，即“形式跟從功能”，主張美感來自功能，其他多余的裝飾都不存在[3]。正如現(xiàn)代主義設(shè)計大師馬西莫·維涅里所言：色條與虛張聲勢的色塊毫無理由地鋪陳，占據(jù)了視野[4]。

信息設(shè)計的主要功能包括：使簡單的信息更易被受眾接受；使復(fù)雜的數(shù)據(jù)變得清晰、易懂；將復(fù)雜的數(shù)據(jù)梳理成有條理的信息傳遞給不同要求的受眾；將不同學(xué)科的專業(yè)信息運(yùn)用視覺進(jìn)行傳譯，消除不同專業(yè)之間的理解困難；使分散的數(shù)據(jù)信息變得集中，以便更好地理解信息在系統(tǒng)中的位置；將理性的信息轉(zhuǎn)化為“感官教育”的方式傳遞給更多的受眾；將數(shù)據(jù)中不可見的深層內(nèi)容通過視覺化的方式展現(xiàn)出來，便于尋找問題及原因；無論對于商業(yè)還是學(xué)術(shù)研究，信息設(shè)計都是很好的規(guī)劃平臺；它亦是一種有效的設(shè)計教育、研究問題的方式，讓學(xué)習(xí)變得更有邏輯性。

始于20世紀(jì)20年代的依索體系運(yùn)動，是現(xiàn)代信息設(shè)計的源頭。隨著現(xiàn)代主義設(shè)計運(yùn)動的興起，平面設(shè)計領(lǐng)域開始提倡設(shè)計的視覺傳達(dá)功能，提倡設(shè)計能夠跨種族跨國界地被理解，在此追求的引領(lǐng)下，設(shè)計師就要創(chuàng)造一種無需文字的“世界視覺語言”，強(qiáng)調(diào)利用圖形，而不是利用文字傳達(dá)觀念，使文化水平低下的社會大眾也能夠理解設(shè)計傳達(dá)的含義[5]。其中經(jīng)典設(shè)計案例之一是維也納頒布的人口數(shù)據(jù)文件，其中出生率利用睡在搖籃中的孩子的圖形代表，死亡率用帶有十字架的黑色方塊來代表，而無需僅僅采用乏味的數(shù)字，見圖1。

圖1 維也納頒布的人口數(shù)據(jù)

在信息設(shè)計中，信息圖表是重要的設(shè)計呈現(xiàn)手段，它是信息、數(shù)據(jù)、知識等的視覺化表達(dá)，通常以統(tǒng)計圖表、流程圖、對比圖等形式呈現(xiàn)。信息圖表通常用于將復(fù)雜信息高效、清晰地傳遞。信息圖表在計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)以及統(tǒng)計學(xué)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，以優(yōu)化信息的傳播。人類80%以上的信息來源于視覺，人類大腦對于圖形更加容易接受，所以信息圖表更能高效、直觀、清晰地傳遞信息。

3 信息圖表之餅圖與玫瑰圖

3.1 餅圖

“餅圖”也被稱為“圓圖”，將圓形統(tǒng)計圖分為扇區(qū)，以說明數(shù)字問題，每個扇形都表示在整體中所占的比例。在表達(dá)某事物的組成部分時，適用餅圖。

餅圖可以追溯到1801年，當(dāng)時William Playfair出版了《統(tǒng)計簡略圖》。今天常用的餅圖本質(zhì)上和200多年前一樣。餅圖被分割成與所代表的數(shù)據(jù)成正比的扇形，不同的扇形用不同的顏色區(qū)分。雖然今天餅圖被廣泛使用，但在當(dāng)時餅圖沒有立即被采用。William Playfair出版后，直到1858年法國工程師Charles Joseph Minard開始使用餅圖來代表數(shù)據(jù)維度時，我們熟悉的餅圖才再次出現(xiàn)。

現(xiàn)今，餅圖有很多變體，包括極坐標(biāo)圖、徑向圖、爆炸餅圖、3D餅圖和甜甜圈圖等等。然而，最常見的仍然是這些早期示例中描述的簡單餅圖。

3.2 玫瑰圖

玫瑰圖又名南丁格爾玫瑰圖（Nightingale rose diagram）、雞冠花圖（Coxcomb Chart）或極坐標(biāo)圖表（Polar area diagram）。它將柱狀圖轉(zhuǎn)化為餅圖形式，但與餅圖又有本質(zhì)區(qū)別，它是極坐標(biāo)化的直方圖，使用扇形半徑表示數(shù)據(jù)大小，各扇形角度保持一致。其原理是將極坐標(biāo)平面分為若干等角扇形，根據(jù)數(shù)據(jù)不同，將數(shù)值對應(yīng)到各個扇形的半徑上，把相應(yīng)的扇形區(qū)域進(jìn)行填充，使不同大小的扇形區(qū)域構(gòu)成一片片“花瓣”，玫瑰圖之名由此而來，見圖2。

圖2 玫瑰圖

3.2.1 玫瑰圖的歷史

南丁格爾不僅是家喻戶曉的護(hù)士、現(xiàn)代護(hù)理學(xué)的先驅(qū)，也是一位統(tǒng)計圖形領(lǐng)域的先驅(qū)，是英國皇家統(tǒng)計學(xué)會的第一位女性成員。19世紀(jì)50年代克里米亞戰(zhàn)爭爆發(fā)，南丁格爾作為隨行醫(yī)護(hù)人員到達(dá)位于土耳其的英國醫(yī)院，她發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)地醫(yī)院衛(wèi)生條件極差，且傷士死亡率高達(dá)42%。南丁格爾認(rèn)為這可能與糟糕的戰(zhàn)地醫(yī)院衛(wèi)生條件相關(guān)，她認(rèn)為政府應(yīng)該改善戰(zhàn)地醫(yī)療條件來拯救更多的生命。隨后她決定向國家上層機(jī)關(guān)提交申請，解決問題。

出于對申請報告可能會被忽視的疑慮，她把統(tǒng)計圖表做成了一種彩色的圓形表格，以圓心為起點(diǎn)，各扇形從圓心延伸出去，見圖3。圖中共有長短不一的12個扇形，每個扇形又由紅色、藍(lán)色、黑色構(gòu)成，它用以表達(dá)軍醫(yī)院季節(jié)性的死亡率。每塊扇形面積代表著各個月份中的死亡人數(shù)，面積越大代表死亡人數(shù)越多。

圖3 南丁格爾玫瑰圖

由圖3可見，淺灰色區(qū)域（原為藍(lán)色）表示原本可避免因感染而死亡的士兵數(shù)量；白色區(qū)域（原為紅色）表示因受傷過重而死亡的士兵數(shù)量；黑色區(qū)域表示死于其他原因的士兵數(shù)量。

圖中左右兩個玫瑰圖被時間點(diǎn)“1955年3月”隔開。左右兩個圖都包含了1年12個月的數(shù)據(jù)。右側(cè)較大的玫瑰圖，展現(xiàn)的是1854年4月—1955年3月；而左側(cè)的玫瑰圖，展現(xiàn)的是1855年4月—1856年3月。24個月的資料切分為左右兩張圖，再用黑色線條連接，是因為這是衛(wèi)生委員會來改善醫(yī)療環(huán)境時的日期，這清晰地表達(dá)了兩個年度的死亡人數(shù)與其原因的比例。

通過兩個圖的對比，可以得出結(jié)論：（1）淺灰色區(qū)域的面積明顯大于其他顏色面積。由此可知：英國士兵大批死亡，其最大原因是受傷后感染，由此推斷出戰(zhàn)地醫(yī)院糟糕的衛(wèi)生條件以及軍隊缺乏有效的醫(yī)療護(hù)理。這說明大量的死亡并非直接來自戰(zhàn)爭。（2）衛(wèi)生委員到達(dá)后（1955年3月），死亡人數(shù)明顯下降。這幅玫瑰圖讓政府相關(guān)官員了解到改善醫(yī)院的醫(yī)療狀況可以顯著降低軍隊的死亡率。南丁格爾的方法打動了當(dāng)時的高層官員，包括維多利亞女王，她的醫(yī)療改良提案得到支持，很快得到落實(shí)，士兵傷亡人數(shù)銳減，死亡率由之前的42%陡降至2.5%。

3.2.2 玫瑰圖的特性

玫瑰圖的本質(zhì)是極坐標(biāo)化的直方圖，它使用扇形的半徑長短來表達(dá)數(shù)據(jù)（數(shù)量多少），每個扇形的角度是一致的，還可利用顏色差異或圓弧，劃分?jǐn)?shù)據(jù)類別。而餅圖則利用扇形角度來表達(dá)數(shù)據(jù)（數(shù)量大小），每個扇形的半徑則是相同的。兩者差異見圖4。

圖4 玫瑰圖與餅圖

3.2.3 玫瑰圖的繪制

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)的進(jìn)步，信息圖形的繪制也更加趨于智能化、便捷化。目前，主流的繪圖方法包括使用平面設(shè)計軟件繪制、使用專業(yè)辦公軟件繪制以及在線智能生成。其中，在線生成因其便利性、良好的用戶體驗，逐漸成為繪制信息圖表的主流工具。如，國內(nèi)的“花火”在線智能平臺，其操作流程高效便捷，將整理好的數(shù)據(jù)Excel表格導(dǎo)入，可一鍵生成玫瑰圖，且在圖形的外觀上有著極大的修改空間，甚至可以生成動態(tài)信息圖表，見圖5。

圖5 “花火”在線智能圖表工具

4 玫瑰圖相對于傳統(tǒng)餅圖的優(yōu)勢

在表現(xiàn)差異量較小的數(shù)據(jù)時，使用玫瑰圖的效果優(yōu)于傳統(tǒng)餅圖。因為扇形半徑與扇形面積的關(guān)系是平方的關(guān)系，即半徑的變化反映到扇形面積時，其結(jié)果是被“放大”的，而這種放大增強(qiáng)了數(shù)據(jù)間的差異，使其以更加可見的方式呈現(xiàn)出來。而玫瑰圖的這種“放大”效應(yīng)，又是合理的，其原理來自扇形面積公式（圖6），不是毫無來由地為“放大”而“放大”。而傳統(tǒng)的餅圖，其扇形角度變化與扇形面積不是平方關(guān)系，角度變化對面積的影響并無指數(shù)級放大效果，因此，在表現(xiàn)差異較小的數(shù)據(jù)組時，玫瑰圖的視覺對比強(qiáng)于餅圖。圖7數(shù)據(jù)是中央紅軍長征出發(fā)時的兵力對比，人數(shù)最多的第一軍團(tuán)和人數(shù)最少的第八軍團(tuán)，其人數(shù)相差1萬以內(nèi)，所有軍團(tuán)的軍力差距不顯著（數(shù)據(jù)來源news.cctv.com/china/20060906/100946.shtm），以此數(shù)據(jù)分別用餅圖和玫瑰圖表現(xiàn)，其效果差異較明顯。從信息客觀性上考慮，餅圖是準(zhǔn)確的。但信息設(shè)計（統(tǒng)計圖表）的目的是在保證信息客觀、準(zhǔn)確的同時，盡可能地將它們呈現(xiàn)出更有對比度、更具可視性的視覺效果。所以，表現(xiàn)數(shù)據(jù)差異較小的信息時，使用玫瑰圖具有明顯優(yōu)勢。

圖6 扇形面積公式

圖7 長征中央紅軍人數(shù)圖表

5 玫瑰圖的應(yīng)用

因其具有“放大”差異的效應(yīng)，且由于圓形具有周期的特性，玫瑰圖也適合用來表達(dá)周期內(nèi)的時間概念。如果將數(shù)據(jù)做順序排列，玫瑰圖也能將事態(tài)發(fā)展趨勢一目了然地呈現(xiàn)出來。

5.1 風(fēng)向玫瑰圖

風(fēng)向玫瑰圖（簡稱風(fēng)玫瑰圖）又稱風(fēng)向頻率玫瑰圖，它依據(jù)某地區(qū)數(shù)年平均統(tǒng)計的各個風(fēng)向的百分?jǐn)?shù)值，按一定比例繪制，通常用8或16羅盤方位表示。這是玫瑰圖在科研領(lǐng)域中的發(fā)展、應(yīng)用。

玫瑰圖上所表示風(fēng)的吹向，是指從外部吹向地區(qū)中心的方向，各方向按統(tǒng)計數(shù)值畫出的線段，即以半徑長度表示此方向風(fēng)頻率的大小，線段越長表示該風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)越多。將各個方向上表示風(fēng)頻的線段按風(fēng)速數(shù)值百分比繪制成不同顏色的分線段，即表示出各風(fēng)向的平均風(fēng)速，此類統(tǒng)計圖稱為風(fēng)頻風(fēng)速玫瑰圖。

5.2 玫瑰圖不適用的場景

任何一種統(tǒng)計圖表都有其優(yōu)/劣勢及適用范圍。南丁格爾玫瑰圖也不例外，它不適合于分類過少或分類數(shù)值過小的場景，也不適合表示數(shù)據(jù)占比。

6 結(jié)語

玫瑰圖因其特有的“放大”差異效應(yīng)，使其在信息設(shè)計、數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域具有非常重要的作用。科研人員、設(shè)計師在科研、設(shè)計實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)在適合的場景下充分利用玫瑰圖的優(yōu)勢，使數(shù)據(jù)清晰、明了地呈現(xiàn)，以達(dá)到高效地傳達(dá)信息。