Thứ gì tạo nên hiệu quả của data visualization?

“Có những mùi mà chỉ chó có thể ngửi thấy nhưng chúng ta không, giống như có những sóng ánh sáng chúng ta không thể thấy và có những mùi vị mà chúng ta không thể nếm. Bộ não chúng ta chỉ có thể nhận biết thứ nó có thể biết, thế thì có suy nghĩ nào mà chúng ta không thể nghĩ không? Tiến hóa có thể có những hạn chế, khóa chúng ta lại với một số hướng suy nghĩ, nơi có thể gọi là những suy nghĩ không tưởng” - Richard Hammings

Trong bài viết này, chúng ta sẽ bàn luận về hệ thống nhận thức. Bởi bộ não cũng có giới hạn, chúng ta cần nâng cao trí tuệ bằng cách cấy vào đó những thông tin mà bình thường chúng ta không thể chạm tới. Bằng cách hiểu, quan sát và hành động với nhận thức mới, chúng ta xác định được cách mà não bộ hoạt động, từ đó, tiếp tục xây dựng nhận thức.

Bộ não hình ảnh là phần thiết yếu trong quá trình nhận thức. Bằng cách hiểu về cơ chế hoạt động của nhận thức thị giác, chúng ta có thể ứng dụng chúng vào việc hình ảnh hóa dữ liệu, cho dữ liệu được thể hiện một cách dễ hiểu và trực quan hơn.

PHẦN I — Nhận thức thị giác

Bộ não hình ảnh

Nhận thức thị giác là giác quan có băng thông lớn nhất của cơ thể. Với 20 triệu nơ ron, thị giác có thể tiếp nhận một lượng thông tin lớn hơn tất thảy những giác quan khác. Bên cạnh đó, quá trình xử lý hình ảnh cũng là quá trình đầu tiên và nhanh nhất trong quá trình chúng ta thu nhận thông tin từ bên ngoài.

Nơ ron thuộc thị giác được chia làm 3 kênh chính: hình và khối - màu sắc - chuyển động. Mỗi kênh trong đó, có những nơ ron chịu trách nhiệm nhận biết cạnh, độ bão hòa hay tốc độ của chuyển động.

Hố thị giác thuộc võng mạc, nơi hình ảnh được tiếp nhận từ trường nhìn - tức phạm vi thị giác của mắt. Các nơ ron thị giác tập trung dày đặc tại vùng hốc mắt này và được sắp xếp theo trường nhìn. Nói cách khác, sự sắp xếp của hai vật khác nhau trong không gian sẽ tương đương với sự sắp xếp hay mật độ của nhóm nơ ron sẽ xử lý chúng. Điều này giải thích vì sao nhận thức không gian của chúng ta lại mạnh tới vậy và vì sao những thứ như vị trí hay gộp nhóm là những cách chính khi hình ảnh hóa thông tin.

Bên cạnh đó, ở vùng rìa, những nơ ron bên trên sẽ đảm nhiệm nhận biết cạnh, nơ ron bên dưới sẽ nhận diện màu sắc. Hai loại nơ ron này hoạt động độc lập và nhận diện hình ảnh một cách tự động.

Chức năng nhận biết

Quá trình nhận biết hình ảnh diễn ra trước khi hệ thống chú ý. Quá trình này diễn ra vô cùng nhanh chóng, chỉ trong 10 mini giây. Lợi ích của quá trình nhận biết này là tốc độ nhận biết và phân tích của no không phụ thuộc vào các vùng nhiễu xung quanh. Ví dụ như hình trên, những chấm đỏ được chúng ta nhận biết trong tích tắc. Nhưng sự nhận biết này chỉ dừng lại ở kích thước và màu sắc, còn khi bạn đếm số chấm đỏ sẽ có sự tham gia của nhận thức và quá trình ấy chậm hơn.

Chức năng nhận biết đặc biệt nhạy cảm với màu sắc, hướng, kích thước, độ tương phản, chuyển động và nháy sáng. Tuy nhiên, chức năng này còn phụ thuộc vào sự tương quan với môi trường xung quanh. Ví dụ như hình trước, là tương quan giữa các chấm đỏ và môi trường bên ngoài là các chấm xám. 

Môi trường xung quanh càng phức tạp sẽ chức năng nhận biết càng yếu, hoặc khi vật chính và môi trường nhìn giống nhau thì chức năng nhận biết cũng sẽ yếu.

Phân tích

Mã hóa dự phòng là sự kết hợp của một số tính năng để thể hiện cùng một thuộc tính. Trong ví dụ này, kích thước và màu sắc thể hiện cùng một thứ nguyên trong dữ liệu. Mã hóa dự phòng, khi được sử dụng cùng với các tính năng được chú ý trước, sẽ nâng cao hơn nữa tốc độ và độ chính xác của nhận thức.

Truy vấn hình ảnh

Quá trình truy vấn hình ảnh xảy ra khi một người đứng trước một hình ảnh phức tạp, thực hiện tìm kiếm, so sánh các yếu tố trong đó nhằm giải quyết một vấn đề. Quá trình này có thể diễn ra nhanh hơn nếu đó là một nhóm hình ảnh.

Khi quá trình này được thực hiện, nó điều chỉnh thị giác để tối ưu cho quá trình tìm kiếm câu trả lời. Điều này giải thích vì sao chúng ta bỏ qua hình ảnh chúng ta không chọn để quan sát, đồng thời, giải thích khả năng tìm kiếm hình ảnh hiệu quả của mắt.

Để đạt hiệu quả, một bản data visualization cần trình bày hình ảnh theo cách tối ưu nhất cho quá trình quy vấn của mắt, vấn đề chính cần giải quyết cần kích thích quá trình truy vấn được diễn ra.

Tóm lại:

• Mắt nhạy cảm nhất với hình dạng, màu sắc và chuyển động, bạn có thể dùng chúng để trình bày các yếu tố chính
• Chức năng nhận biết nhạy bén với vị trí, kích thước
• Giúp người xem truy vấn một cách dễ dàng bằng nhóm hình ảnh

PHẦN II — Hệ thống nhận thức

Trí nhớ

Trí nhớ đóng vai trò quan trọng, không chỉ giúp người dùng nhớ và hiểu được hình ảnh diễn họa, mà còn giải quyết những truy vấn hình ảnh. Hay xem xét vai trò của trí nhớ ngắn hạn và trí nhớ dài hạn trong data visualization và cách bạn nên suy nghĩ về trí nhớ của người dùng khi thiết kế hình ảnh dữ liệu.

Xem xét về trí nhớ dài hạn trước. Trí nhớ dài hạn giống như một mạng lưới khái niệm, nơi các khái niệm liên quan sẽ được móc nối với nhau. Khi chúng ta nhìn vào một biểu đồ dữ liệu mới, chúng ta tiếp nhận thông tin từ nó dựa vào bối cảnh của những biểu đồ trước đó. Nó cũng là cách chúng ta xây dựng mạng lưới khái niệm, chúng ta xây dựng kiến thức mới dựa trên những kiến thức mà chúng ta đã biết.

Trí nhớ hoạt động như một bộ đệm, nó lấy thông tin từ trí nhớ dài hạn, trong đó có cả những thông tin hình ảnh. Thông tin có thể được di chuyển từ vùng này sang vùng khác. Sự xuất hiện của trí nhớ có thể bị giới hạn từ 3 tới 5 đối tượng đơn giản, mỗi đối tượng được mô tả bằng một nhóm đặc điểm như màu sắc, hình dạng, chất liệu, etc. Lượng giới hạn phụ thuộc vào độ phức tạp của đối tượng.

Trí nhớ hình ảnh tương quan với trí nhớ dài hạn và là yếu tố khơi gợi những khái niệm liên kết với hình ảnh ấy.

Sự thật là chúng ta trải nghiệm một thế giới hình ảnh rộng lớn nhưng khả năng ghi nhớ hình ảnh của chúng ta có giới hạn bởi hầu hết chúng ta diễn giải thế giới theo cách ta đã biết. 

Lượng thông tin hình ảnh mỗi lần ta thu được rất hạn chế, nhưng chúng nằm trong một thế giới chúng ta đã biết rõ. Việc chúng ta có thể nhớ ra cả một bối cảnh chỉ nhờ một thông tin hình ảnh nhỏ cũng chính là cách tiến hóa thích ứng với trí nhớ hình ảnh hạn chế. Ngoài ra, việc thị giác phân tách đối tượng trong quá trình truy vấn, tìm kiếm cũng là một cách để giảm tải cho não bộ.

Ẩn dụ

Tuy vậy, việc hình thành kiến thức không phải lúc nào cũng cần được lặp lại, một khái niệm được biết tới một lần vẫn có thể được hiểu và lưu giữ. Kiến thức mới được hình thành dựa trên những kiến thức có sẵn. Đó là lý do vì sao chúng ta có ẩn dụ - hiểu, tìm thấy những lời giải bằng một bộ máy có sẵn. Ẩn dụ trong thế giới vật chất rất phổ biến, nó cho phép chúng ta chuyển kiến thức đã biết thành một thứ mới hoặc tìm cầu nối giữa hai khái niệm.

Hành động nhận thức

Hành động nhận thức là hành động mà người xem thực hiện để giải đáp một truy vấn. Hành động đơn giản là chuyển động mắt, khám phá từng mẩu thông tin theo chuyển động ấy. Hành động nhận thức cũng có thể là ứng với hành vi người dùng, ví dụ như khi người dùng zoom in bản đồ, cuộn chuột, di chuột vào chú giải, người ấy thực hiện thao tác để thu hẹp phạm vi và tìm kiếm thông tin.

Khi trí nhớ hình ảnh của chúng ta bị giới hạn như vậy. hành động nhận thức tìm kiếm thông tin nên tạo những thay đổi vừa đủ. Ví dụ, chúng ta không cần chuyển hẳn sang một trang mới để lấy thông tin nếu phần nội dung tóm tắt đã cho chúng ta đủ thông tin. Ngược lại, khi người dùng zoom in vào bản đồ, bản đồ nên hiện ra nhiều thông tin hơn vì thông tin hình ảnh về bản đồ trước khi zoom in có thể bị mất. Đó là lý do tại sao chúng ta nên thiết kế giao diện người dùng tuân theo các quy ước tương tác chung như di chuột, cuộn, zoom, để đảm bảo khả năng sử dụng.

Hệ thống nhận thức

Như đã nói, hệ thống nhận thức được hình thành bởi một người và một visualization. Hinh ảnh trên là một tóm tắt cho khái niệm về hệ thống này:

• Một truy vấn hình ảnh được thực hiện bằng cách tìm ra pattern và gọi lại bộ nhớ hình ảnh.
• Pattern và đối tượng được phân tích bằng chức năng nhận biết, sau đó được kiểm tra lại bằng phân tích
• Khi việc tìm kiếm hình ảnh trở nên khó hơn, hành động nhận thức sẽ tham gia để tìm ra thông tin.

Tóm lại:

• Tận dụng những thông tin có sẵn trong não người dùng
• Dùng ẩn dụ mỗi khi có thể
• Thiết kế những tương tác dựa trên những quy ước chung

Kết luận

Chúng ta đã phân tích cơ chế hoạt động của nhận thức hình ảnh và biết cách nó hoạt động. Nhưng nhận thức chỉ là một trong những yếu tố tạo hiệu quả cho data visualization, ngoài ra còn là sự hữu dụng, hoàn thiện, phản ánh đúng sự thật và hấp dẫn.

Chúng ta cũng đã thấy được cách mà kiến thức được hình thành thông qua những thông tin lưu trữ trong trí nhớ dài hạn. Vậy, chúng ta có thể đặt ra một câu hỏi rằng cân bằng hiệu quả giữa việc tái sử dụng thông tin cũ của não và xây dựng thông tin mới trong cách chúng ta trình bày hình ảnh như thế nào?

Câu trả lời vẫn luôn là người dùng. Data visualization cần tạo thuận lợi cho quá trình hiểu, truy vấn của người dùng, đồng thời, hệ thống nhận thức thị giác của họ cũng có thể nhận thêm kiến thức. Khi người dùng đã quen với visualization cũ, đó là lúc một visualization mới có thể được giới thiệu. Tuy nhiên, hãy nhớ sử dụng nhiều ẩn dụ để gợi lại những thông tin người dùng đã biết, giữ một lượng thông tin vừa đủ để tránh quá tải cho bộ não.