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信息设计和知识设计
岳小莉、曹存根
摘要 信息设计(Information Design)是近年来国外信息技术领域一个引人瞩目的新兴研究热点。本文首先介绍信息设计的发展历史及其研究现状；然后分析信息设计的发展趋势及其中存在的主要问题；最后结合已有的研究工作，提出知识设计(Knowledge Design)这一前瞻性的研究方向。
1. 引言
信息化是人类社会活动方式的一次巨大变革。这一变革的技术基础就是对信息的处理、贮存及传递方式的改变。这一改变将对人类的文化、生活方式产生深远的影响。信息设计(Information Design)即是在这样一个大背景之下被提出来并日益受到重视。在信息社会里和以往工业社会不同，设计人员所面临的不再仅仅是有形实体产品的设计和创造，而要更多地解决海量的、无处不在的、以数字形式存在的无形信息的设计问题。事实上，当通讯和语义技术日益占据我们生活的中心时，信息设计就不仅仅是显得重要，而是一个涉及社会、经济、文化发展的根本性的问题。
目前，对信息设计尚没有一个确切、统一的定义。准确地说，信息设计更多的是指一种思想和理念，是关于对信息的清楚而有效的表示。信息设计的研究涉及与交流相关的多个学科的交叉，是对多领域技术的集成：图形设计、技术性和非技术性的创造、心理学、交流理论和认知学习等。实际中，当需要使相对复杂的信息变得更易理解，或要满足特定文化群体的需求时，就需要使用信息设计方法。简言之，信息设计是一个搜索、过滤、整理和表达信息的过程。与传统设计中设计者与用户的关系相比较，信息设计者更注重与用户的交流。
本文内容安排如下：第二部分，信息设计的发展简史；第三部分介绍信息设计的研究现状；第四部分，在信息设计的基础上介绍我们目前的研究工作，一个新的前瞻性研究方向——知识设计（Knowledge Design）。
2. 信息设计的发展简史
信息设计的发展历史最早可以追溯到美国独立战争期间，William Playfair 发明了一些主要的图表类型用于行政和经济方面的写作。其后，英国医学专家Florence Nightingale 发明了统计图，并于克里米亚半岛战争期间应用于政府政策报告中，这是信息设计最早的一个应用实例。接着，Michael George Muhall 发明了图表统计法，在此基础上，澳大利亚社会科学家Otto Neurath （1973）发展出一种能更有效地显示信息的方法学。而David Sibbet（1980）发明的一系列技术可以图示化会议中组织的动态发展过程。Horn 在其论著中[Horn-1998]以“视觉语言”为标题论述了这一创新的历史。图1 描述了信息设计这一职业的形成过程。
信息设计这一概念最早是由英国的信息协会（British Information Design Society）提出并加以普及的。事实上，在这一概念提出以前，信息设计早已存在于诸多领域，只是在不同的领域中，信息设计被赋予了不同的名称：在报刊领域，称作信息图形（information graphics）；在商业范畴，称为表达图形或商业图形（presentation graphics or business graphics）；在科学领域，则是我们所熟知的科学可视化（scientific visualization）。另外，计算机工程师称之为
界面设计（interface design）；会议设备人员使用图表记录（graphic recording）的概念；建筑师形象地把它叫做标记（signage）或路径发现（wayfinding），图形设计者则直接称之为设计。
1976 年，时任美国建筑师协会(AIA)会议主席的Richard Saul Wurman 将信息结构(The Architecture of Information)作为会议的主题，首次对信息结构设计师（Information architect）
做出如下定义：①按照数据内含对其模式加以组织，从而从纷繁中揭示其意义的个人；② 创造信息结构或图示，以帮助他人找到其独特的知识获取途径的人；③ 21 世纪涌现的一种为了满足时代的需求而专注于如何清晰了解世界以及信息组织科学的职业。1984 年，Wurman召集了第一次TED（Technology, Entertainment, Design）会议。会议围绕理解，探讨了科学、理解和信息的关系。可以说，通过此次会议，正式确立了信息设计这一学科。
3. 信息设计的研究现状
3.1 信息设计的定义
鉴于目前对信息设计尚没有一个统一的定义，以下我们介绍几种对信息设计的有代表性的理解。
Wurman 将信息设计看作是一种构造信息结构的方式，认为信息结构设计师的根本任务是设计对信息的表示，即信息结构设计师应该能够提取复杂环境和信息中的内核并将之以清晰和美观的方式呈现给用户。
Jacoson 认为信息设计的目的在于系统地整理和使用交流的载体、通道和标记，以帮助特定交谈和对话中的参与者增强理解能力。
Nathan 对信息设计给出了如下定义：信息设计是通向良好交流的一门学科、一种方法以认知科学作为研究基础…将研究应用于不同领域…界面设计、信息的定量显示、教育资料设计、视觉交流和学习、结构化写作、排版和图形设计…融合不同兴趣的职业…信息手册写作、研究者、美学家、作家、收藏家、发明家、分类者和分析员、普适主义者…一个新职业的产生…信息设计和一个过程。信息设计是普遍存在的，是关于组织试图交流的想法和数据，关注交流的信息和目的，进而发现真正适合表示它们的途径，以使其清楚、可接近、并且易于理解的一种技术。Nathan 将信息设计作为实现界面设计（Interface Design）的一个部分，并进一步说明了它与另两个组成部分—交互设计（Interaction Design）与感知设计（Sensorial Design）的区别和关系。
Horn 认为信息设计是编辑信息的艺术和科学，旨在使人们有效地使用信息。其主要目标是：① 开发可理解的、可以快速和准确获取的、并且易于转换为有效行为的文档；②设计带有设备装置的交互方式，设备应该是易用的、自然的以及尽可能让人愉快的；③使人们可以在三维空间中舒适、方便地寻找他们的路径，尤其是在城市空间，以及虚拟空间。他同时指出，信息设计区别于其它设计的关键在于提高交流的效率和效能。Brenda 认为信息是人类设计的一种工具，用以理解（sense-making）混乱与有序并存的现实世界。基于此，信息设计是一种有关设计的设计，即元设计（meta-design），是协助人们生成或改变他们自己的信息和理解。
Tonfoni 认为，由于信息搜索者存在着不同的差异：如感兴趣的领域、熟悉程度、理解水平以及发现能力等，信息设计的目的应该为信息的搜索者提供信息地图、信息（指南）导航，或是在没有地图或指南的情况下为信息搜索者提供路径发现（Wayfinding）指令等。
Cooley 认为信息设计就是以人为中心的设计 (HCD, Human-Centered Design）。研究者的主要任务是研究面向以人为中心的系统（HCS, Human-Centered System）的适应性工具。
由上可知，尽管对信息设计存在理解上的多样性，但这并不影响我们把握信息设计所要实现目标，即信息设计能够以最具效率和效能的形式，将正确的信息在正确的时间传递给正确的人 (What we need is the ability to present the right information to the right people at the right time, in the most effective and efficient form.)。
3.2 信息设计的研究基础
与其他学科不同，信息设计从一开始就没有发展和整合属于自己的研究团体，建立自己的“门户”，而是不断吸收其他领域的方法和技术作为其研究基础。信息设计研究的理论基础包括：技术中的人性因素（人因学）、教育心理学、计算机界面设计、展示技术、文档设计、排版研究、广告、交流以及结构化写作等。其中比较重要的研究有界面设计、教育资料设计、排版、可视交流与学习，以及信息的定量显示。
由于认知科学领域的研究可以提供理论基础和实验数据，因此成为上述所有研究的基础。此外，行为科学、人类工程学和环境心理学方面的理论和思想也是信息设计中最常涉及到的。在医学领域，信息设计的研究和应用已在上述的许多研究领域方面展开，统称为“医学信息学”。
归纳起来，与信息设计相关的研究主要有以下一些内容：
图形信息设计 (Graphic Information Design)
图形信息设计研究如何借助图形对定量的、非定量的（数据）信息（包括静态信
息，如地图；动态信息，如行为、过程等）进行描述。Edward R. Tufte 认为好的图形设计能够“对复杂的信息进行清楚、准确、有效地描述”；能够“在最小的空间里、以最少的笔墨、在最短的时间里传达给观者最丰富的观点和理念”。
色彩 (Color)
色彩是信息设计中一个重要的构成要素，直接影响着信息表达的效果。目前，除
了专门的色彩学理论，许多研究者还对网页设计中的色彩进行了专门的研究。
感觉和视觉思维 (Perception and Visual Thinking)
感觉和视觉思维是不同于言语思维或逻辑思维的富于创造性的思维，是准确、有
效表达信息的前提。感觉和视觉思维研究人类感觉和视觉的思维规律，是信息设计的
重要理论基础。
万维网上的信息设计 (Information Design on the World Wide Web)
研究信息在网络上的有效表达方式。目前，许多研究是基于Tufte 的图形设计理
论，综合运用文本、图形、色彩以及可视化技术等，如网页设计。
言语信息设计 (Verbal Information Design)
研究语句的子句构成以及词汇的音节构成，并加以量化，以此评估语句的可理解
性。通常，语句的构成越简单，音节数越少，则语句越容易被理解。
叙述式信息设计 (Narrative Information Design)
相对于传统的故事讲述方式，叙述式信息设计指在信息社会中，如何利用各种数
字化设备（多媒体人机交互）和数字化技术（虚拟现实、超文本等）对故事进行讲述
（Digital Storytelling）。
地图 (Information Design: Maps)
地图是建立在正确的地理认识基础上的图形显示。信息化时代中的地图设计是指
利用计算机技术和网络技术建立和管理空间地理环境信息，主要应用范围有复杂区域
开发、预测预报，并与卫星遥感技术相结合用于全球监测，为宏观决策提供信息服务
等。目前相关的研究主要集中于地理信息系统（GIS）研制和开发。
科学可视化 (Scientific Visualization)
分为科学计算可视化和信息可视化。科学计算可视化研究科学数据的组织、表示
与解释的理论和方法，主要应用领域有医学及医疗、地震勘探、气象预报、分子结构、
流体力学、有限元分析、天体物理、海洋观察、地理信息、洪水预报、环境保护等。
信息可视化则是随着计算机网络的广泛应用而提出来的，研究内容包括层次信息结构可视化、多维数据结构可视化、时变数据结构可视化、网络运行状态可视化、分布环境算法可视化、网络浏览历史可视化等。应用领域有超级计算机性能评价、网络运行状态监控、海量数据存储结构监控和地理、人口、矿产、市场等方面资料的可视化。
图像 (Images)
图像是人们获取信息、相互交流的一个重要手段，图像处理技术是研究利用计算
机处理图像的理论和方法。
网络新媒体 (Emerging Media on the Internet)
网络新媒体研究的是网络时代中，信息通过网络传播所需要的新思想、新方法和
新技术。
印刷排版设计 (Typography)
印刷排版设计是指为了使读者更好地理解信息而对信息在版面上的布局、色彩以
及字体等方面进行的研究。传统的排版设计主要针对平面纸制排版，如书籍、杂志、
平面广告等；现代排版设计更多针对以数字化设备为载体的信息，如利用超文本进行
信息设计等。
3.3 信息设计的研究方法
以下对现今信息设计领域中一些有代表性的研究方法做简要介绍。
结果研究（outcome research）
这类研究通常是由专业研究人员根据科学理论使用大量的测试样本对信息设计
的结果进行评估；
过程研究（process research）
指设计者将一些小的、有限的、柔性的变化结合到设计过程中，以此提高信息设
计的适应性。目前，大多数设计者倾向于过程研究。过程研究具有可行性、高效性和
较高自主性等特点，但同时也存在着缺陷，尤其是在设计者不能充分、可靠和有效地
理解相关的科学概念时。
Romedi Passini 的路径发现理论
对于信息设计这一过程中的认知和行为特点，Romedi Passini 从问题求解的观点出发，使用“路径发现”（Wayfinding）这一术语对其加以解释。路径发现是指有目的地到达某个预期的物理目标时，认识主体所应具有的认知和行为能力。本质上，路径发现被用以确定哪些信息是必要的，信息应该出现在什么地方以及信息应该采用何种
形式；另一方面，它被用以建立一种潜在的设计逻辑。
路径发现包括以下三个过程：（1）决策制定以及抵达目标的行为方案的设计；（2）决策实施，即沿着既定方案，在适当的地方将计划转换为行为；（3）感知和认知（信息处理过程），即提供必要的信息来制定和实施决策。此外，Passini 认为对设计质量的评测不能简单地停留在设计产品本身，必须考虑到用户的行为和满意度。
Wurman 的5 种信息组织方法
Wurman 提出了组织信息的5 种方法：即层次（Continuum or Magnitude），分类（Category），字母表（Alphabet），位置（Location）以及时间（Time）。
Tonfoni 构建的7 种信息设计的隐喻环境
Tonfoni 认为信息主要有以下几种形态：语言、手势语言和视觉语言（如图片、
符号、图标等）。她指出了隐喻环境的建立在信息设计中的重要性，提出了7 种面向
信息设计的主要隐喻环境，演示了如何将相似思维和定性推理应用于信息规划、信息
建模和信息组织中高复杂性问题的解决过程，并提供了关于新引进术语的词典，从而
确保对以文字为载体的不同过程和行为的可共享的理解。
3.4 存在的问题和发展趋势
尽管信息设计有较长的研究历史，然而从其发展过程以及所覆盖的领域范围来看，缺少对信息设计领域中所面临的共同问题的研究。在研究方法上，缺少可重用的、较为统一的理论和工具。信息设计的好坏，更多地取决于设计者的经验和对信息的理解程度、理解偏好，设计质量缺少足够的稳定性。当所要表达的信息在类型和数量上不断增多，以及信息之间的关系趋于多样性和复杂性时，这种设计方法会显得力不从心。基于此，需要将信息设计领域中具有共性的问题提出来进行专门的研究，进一步建立统一的、具有较强可操作性的信息设计理论和工具，从而降低信息设计的门槛，使更多的人可以加入到信息设计领域中（图3所示为不同职业背景的人员在信息设计中存在的张力）。调查表明，目前从事信息设计的专业人员的年龄基本处于30 岁左右，如何将信息设计理论与他们的创造性相结合，是一个亟待解决的问题。
目前，信息设计正朝着专门性和基础性的方向发展。除此之外，一个显著的趋势是和相关信息处理过程的融合。主要的研究方向有：
1. 专门化研究
专门化研究方向包括图表(graphs and charts)，图形视觉语言(visual language ofgraphics)，结构化写作(structured writing)，视觉思想(visual thinking)，教育手册(Instruction Manuals)，剪贴画（clip art），以及技术中的人性因素和计算机界面设计等。
研究者针对不同领域信息的特点进行相应的设计方法的研究，正朝着深度方向拓展。
目前，结构化写作技术已经相当成熟并广泛应用于商业领域。设计具有通用性的图形语言也是多年来许多研究者追求的目标，剪贴画（clip art）在信息处理系统中的广泛应用是一个很好的证明。
2. 基础性研究
围绕如何增强信息的可理解性展开的一些共性基础研究，包括人类对信息的主要
认知模式、人机交互方式的改进和革新、信息的多种表示途径、信息的组织方式等。
3. 与相关信息处理过程的融合
信息设计侧重于对信息表示技术的研究。然而在信息化社会中，必须将信息设计
放在一个更广泛的应用环境中加以考虑，包括拟设计的信息的来源以及设计好的信息
的去向，即如何将信息设计过程与其他相关的信息处理过程相融合。如信息的智能搜
索、数据挖掘、知识发现等过程。可以预期，这一想法的实现将大大拓展信息设计的
应用范围。图4 所示是Nathan 提出的有关人类理解发展的著名描述。
图4 理解光谱。理解是一个连续统一的过程，
始于数据，经由信息和知识，最终到达智慧。
4. 从信息设计到知识设计
4.1 什么是知识设计？
知识设计问题的提出是基于以下两个前提：
知识不同于信息。知识是能生成信息的信息。
知识的设计不同于信息的设计。前者侧重于对知识的理解和吸收，后者更侧重于对信息的发现。
基于对信息设计的分析、理解以及现有的研究基础，同时结合已有的研究工作，我们提出知识设计的一般概念。知识设计（Knowledge Design）是指设计者根据用户对知识的个性化需求，利用可能的知识资源，借助多种设计方法，对已有的知识进行选择、组织，并以恰当的方式进行表达的过程。可以描述为：以可能的知识为“素材”，以用户需求为功能约束，从设计学的角度出发，对知识进行设计，设计的结果就是知识产品模型。
2003 年3 月，CMU 的著名教授RAJ Reddy 在ACM 杂志上提出了人工智能研究领域的三个尚待解决的问题（Open Problems），其中一个问题—“按需生成的百科全书（Encyclopedia Data Information Wisdom Producers Personal Contemplation
Evaluation Interpretation Retrospection Presentation Organization Research
Creation Gathering Discovery Conversation Storytelling Integration Experience Global Local Stimulus Understanding Knowledge Context Consumers
on demand）”即是针对某一主题，在有限的时间内，对网络上可能的相关信息加以提炼，生成一篇5000 字左右篇幅的，具有百科全书风格的文章。其研究内容是如何将“恰当的信息”在“恰当的时间”、以“恰当的语言”和“恰当的粒度”传递给“恰当的人”。可以看出，这一问题和知识设计在本质上是一致的。
我们认为，在理论上，知识设计是许多知识系统（如领域知识系统、智能教学系统、个性化百科全书系统等）所面临的一个共性核心问题。由于知识是一种无形的资源，与人的认知过程紧密相关，传统的计算机辅助设计理论和方法难以满足知识设计的需要，因此，研究知识设计理论和方法是对已有设计内容的一个重要补充和扩展，具有重要的理论研究意义。
知识设计要解决的基本问题是：根据用户的知识需求，利用可能的知识资源，设计出满足用户需求、适合于用户认知特点的个性化知识产品模型。图5 所示是我们给出的知识设计的一般过程。
知识设计的相关定义如下。
定义1：知识设计问题是一个五元组℘=(KB, PR, KReq, Δ，KP)，其中
KB 为知识库
PR 为知识设计策略和规则集合
KReq 为知识需求
Δ为KB 上的测试集合
KP 为知识设计结果
定义2：知识设计的解。给定一个知识设计问题℘=(KB, PR, KReq, Δ , KP,)，它的解是一个
序列ω=(k1, …, δ1, …, km,…, δm)∈Πi2C∪I，满足：
relation（ki，kj）∈ {ħ , □, <}
sequence（ki，kj）∈{pr1,…prn}
Σit(ki) ≤ T
其中，ħ（继承关系）、□（构成关系）、<（顺序关系）分别代表了知识之间的内在关
联关系。
4.2 知识设计研究的主要问题
在知识设计中，存在着一些极具挑战性的问题，我们认为解决这些问题的方法可以形成
“统一知识设计理论（Unified Knowledge Design Theory）”。这些问题主要是：
用户需求描述。知识是抽象、无形的，对知识的感知和理解更是因人而异。很难要
求用户遵循预定义的知识交流模式，因为用户往往选取他所习惯的学习或工作方
初始化/重设计
知识需求
初始化/重设计
知识需求
知识设计
用户模型评价模型
用户
再设计
知识
模型
设计评价
人知
交互
知识库
KRU KRS KP
式，而不是我们所期望的方式。对用户的知识需求以及他（她）对知识产品的感知
进行描述将是一个关键而又具挑战性的研究问题。系统的适应性。严格意义上说，
任何设计都是以人为中心的，这里要强调的是，一个真正意义上的知识设计模型在
其生命周期中都应该以人为中心（如图5 所示）。具体而言，在知识设计过程中，
能够根据用户的反馈对设计做出即时的响应和调整，以保证设计出来的知识产品是
满足用户需要的。
知识设计评估。在知识设计的全过程中必须对设计的结果进行阶段性的评估，以保
证用户对知识的接收和理解。由于在实际的操作中，用户可能很少提出所需的建议，
从而使得这一工作具有较大的难度。具体问题有：
解的描述
什么是正确的解？（对/错、满意/不满意…）
什么是最优解?
什么是合适(permissible)的解?
设计的结果是否会影响用户的后续学习（如对知识过于简单化、扭曲了用
户对知识体系的认识等。）
目前我们的工作主要集中在与上述问题相关的研究——
知识需求的自动获取和分析。即通过人知（识产品）交互的信息和需求诱导策略获
取用户显式和隐式的知识需求。
用户模型的建立。根据获取的用户个人信息和知识需求内容建立用户模型。
知识设计的理论和方法。根据知识需求，结合用户模型和知识库中的概念（命题）
空间结构进行知识设计，生成适合于用户特点的知识序列。
知识设计的测试和评估。用户通过感知和学习，结合评价模型，对知识设计结果进
行评价，提出建议和新的要求，作为知识再设计的需求，进入设计的新的阶段。
5. 总结
本文介绍了信息设计的发展历史和研究现状，并分析了其中存在的问题和发展的趋势。根据我们对信息和知识的理解，同时结合已有研究工作提出知识设计的一般概念。目前我们已建立并总结出知识设计的一般理论框架和基本方法，该理论和方法适用于NKI（国家知识基础设施）现有知识库的体系结构和概念的空间结构。未来的工作将侧重于相关理论的完善和深化，以及进一步的形式化工作，并逐步将之应用于多学科的ITS 系统（智能教学系统）的建设中。
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透析（Information Anxiety 2）北京，电子工业出版社，2001,8.
http://tech-head.com/info.htm
作者： 岳小莉 中科院计算所智能信息处理重点实验室 博士后
曹存根 中科院计算所智能信息处理重点实验室副主任、研究员、博导
终于可以留言了。