[论文解读] On the role of metaphor in information visualization

John Risch|ArXiv.org|Sep 4, 2008

Language, Metaphor, and Cognition参考文献 44被引用 27

一句话总结

本文提出，图像图式——源自感知经验的、在认知中根深蒂固的空间模式——是信息可视化中图形隐喻有效性的基础认知机制。通过将视觉设计与这些先天图式（例如，包含、路径、力量）对齐，可视化变得更加直观，使用户能够通过熟悉的时空推理理解抽象数据，从而为设计高效且直观的可视化技术提供预测性框架。

ABSTRACT

The concept of metaphor, in particular graphical (or visual) metaphor, is central to the field of information visualization. Information graphics and interactive information visualization systems employ a variety of metaphorical devices to make abstract, complex, voluminous, or otherwise difficult-to-comprehend information understandable in graphical terms. This paper explores the use of metaphor in information visualization, advancing the theory previously argued by Johnson, Lakoff, Tversky et al. that many information graphics are metaphorically understood in terms of cognitively entrenched spatial patterns known as image schemas. These patterns serve to structure and constrain abstract reasoning processes via metaphorical projection operations that are grounded in everyday perceptual experiences with phenomena such as containment, movement, and force dynamics. Building on previous research, I argue that information graphics promote comprehension of their target information through the use of graphical patterns that invoke these preexisting schematic structures. I further theorize that the degree of structural alignment of a particular graphic with one or more corresponding image schemas accounts for its perceived degree of intuitiveness. Accordingly, image schema theory can provide a powerful explanatory and predictive framework for visualization research. I review relevant theories of analogy and metaphor, and discuss the image schematic properties of several common types of information graphic. I conclude with the proposal that the inventory of image schemas culled from linguistic studies can serve as the basis for an inventory of design elements suitable for developing intuitive and effective new information visualization techniques.

研究动机与目标

• 解释为何信息可视化中的某些图形隐喻比其他隐喻更直观。
• 确立源自感知经验的图像图式作为理解视觉隐喻的认知基础。
• 提出图像图式理论可指导新可视化技术的设计与评估。
• 证明可视化形式与图像图式之间的对齐可增强理解力与洞察力生成。
• 基于标准化的图像图式，构建可视化理论上的‘语法’，以实现系统化设计。

提出的方法

• 通过图像图式理论分析常见信息图表（例如，条形图、树状图）。
• 基于其认知基础，区分类比性图形（空间现象）与隐喻性图形（抽象概念）。
• 将视觉设计元素（例如，长度、位置、方向）映射到特定图像图式，如包含、路径和力量。
• 使用结构映射理论，建模视觉隐喻如何将空间图式投射到抽象数据领域。
• 提出一种可视化设计流程，将数据特征与合适的图像图式匹配，以触发心理模拟与模式补全。
• 整合语言学与认知心理学的研究成果，以验证图像图式在视觉推理中的存在及其认知作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何信息可视化中的某些图形隐喻比其他隐喻更直观？
• RQ2 图像图式——这些在认知中根深蒂固的空间模式——如何促进对视觉形式中抽象信息的理解？
• RQ3 可视化视觉结构与图像图式之间的对齐在多大程度上可预测其感知直观性？
• RQ4 图像图式能否作为信息可视化系统化设计语法的理论基础？
• RQ5 交互技术（如渐进式披露）与图像图式理论有何关联？

主要发现

• 信息可视化中的图形隐喻之所以有效，源于其结构与图像图式——源自早期感知经验的、在认知中根深蒂固的空间模式——的对齐。
• 可视化感知直观性的程度，与它在多大程度上与一个或多个图像图式（如包含或路径）实现结构对齐密切相关。
• 条形图和树状图等常见可视化形式，是通过图像图式进行隐喻性理解的，这解释了它们在认知上的广泛可及性。
• 交互技术如渐进式披露，其认知基础源于图像图式推理，特别是包含或路径图式。
• 语言学与认知研究中已确立的图像图式清单，可作为创建新型、直观可视化技术的基础设计语法。
• 可视化中的‘顿悟时刻’在理论上可解释为图像图式模式的推断性补全，其触发条件是视觉设计与感知图式相匹配。