清华大学数据可视化教程vis-02v2_33770252.pdf

清华大学“大数据”系列课程 视觉感知与认知 计算机系 胡事民 可视化致力于外部认知，也就是说，怎 样利用大脑以外的资源来增强大脑本身 的认知能力。 “Visualization is really about external cognition, that is, how resources outside the mind can be used to boost the cognitive capabilities of the mind.” Stuart Card 什么是认知？ • 感知： 关于输入信号的本质 • 认知： 关于怎样理解和解释看到的东西 Ranger Rick:, ca. 1980s Courtesy of Terry Yoo / Ross Whitacker 图中找动物：认知依赖于观察者的先验知识 视觉感知 • 感知 – 指客观事物通过人的感觉器官在人脑中形成的直 接反映 • 感觉器官 – 眼、耳、鼻、神经末梢 • 那么，视觉感知 就是客观事物通过人的视觉在人脑中形成的 直接反映 认知 • 认知心理学将认知过程看成由信息的获取、 分析、归纳、解码、储存、概念形成、提取 和使用等一系列阶段组成的按一定程序进行 的信息加工系统 • 科学领域中，认知是包含注意力、记忆、产 生和理解语言、解决问题，以及进行决策的 心理过程的组合。 认 知 依 赖 于 先 验 ！ 这 是 一 张 脸 吗 ？ 人脑先验地假设了这是一张脸，从而形成了一个bias （偏差、错觉）（实际生活中你可能 已经看过billion量级的脸了！！） A和B两个方块哪个亮度高？ A和B 的亮度是一样的。 人脑认为B方块处于阴 影中，从而予以了 “曝光补偿”! 人脑先验地假设了这里有一个圆，其实：… 不可能的盒子 埃斯切爾的不可能的盒子:比利时艺术家马瑟·黑梅克制作 疯狂的螺母 美国魔术师里·安德鲁斯创造 幻视 黄色和紫色的圆是否一样大？ 不可能的棋子 瑞典艺术家奥斯卡·路透斯沃德的设计为基础，布鲁诺·危斯特创造 视觉感知 我们的眼睛 杆状细胞(rod), 对亮度更敏感。（因而在夜间的 视力由杆状细胞主导） 锥状细胞(cone), 感知色彩，主要分为对红光敏感， 对绿光敏感，对蓝光敏感的三类。 神经节细胞(ganglion), 神经节细胞负责将这些细胞受 到的刺激传递给视神经。 左图是视网膜组织的显微镜成像图。人眼中大约有1.2亿个杆状细胞与5-6百万个锥状细胞。 右图则是锥状细胞分布的示意图。注意到锥状细胞本身不是RGB三色的……图中细胞显示的 颜色表示它对何种色光刺激最敏感。 注意到右下角的统计数据，因而人眼对红色最敏感。 各种锥状细胞对不同波长光照的响应 图中横坐标是各种光的波长， 纵坐标是锥细胞对各种波长的 光的响应强度。