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信息可视化，简单来说是指基于人类的视觉基础，通过利用计算机图形学理论与图形图像技术，帮助人们理解、分析和表达数据的行为。要深入理解信息可视化，就需要了解信息可视化发展的历史及其原因。我们大致可以从信息量质的提升、阅读模式的转换与思维方式的变化三个方面来了解信息可视化发展的历程与原因。
说到信息可视化，就不得不提到科学计算可视化。科学计算可视化是可视化的理论、方法与技术应用的最早领域，科学计算可视化正式提出于 1987 年，其作用是能够将大规模的科学数据、工程数值与计算机数字信息转换为直观的图形图像，以便使用者观察、模拟和计算。科学计算可视化的提出与应用是人类信息量与质提升的标志性体现，这是因为，随着人类社会的不断进步，人类在科学研究与生产实践中产生并获得了大量的数据信息，而传统以纸和笔为代表的数据信息分析的载体与手段则早已远远不能满足这些数据信息的处理需求。随后，计算机的出现为人类提供了全新的科学数据信息获取与计算的方式，使信息实现了由少至多、由大量到海量、由粗疏到精密的在量与质方面的全面提升。一项统计表明，在 20 世纪 80 年代，人类每天需要处理的数据信息量就已是百万字节的数量级，到了 90 年代，这个数量则增加了 1 000 倍以上，而在海量庞杂的数据之中如何提取与解读有用的信息，成为今天人类所面临的重大挑战，也是信息可视化发展的目的和目标。
图 1-6 拿破仑 1812—1813 年征俄战役信息图
法国工程师Charles Joseph Minard绘制了拿破仑发动的那场注定会失败的征俄战役信息图，该图全面描述了 1812—1813 年拿破仑东征俄罗斯及之后的撤退情况。图中线条的宽度实时地指代着军队规模，同时标明了军队移动所到之处的经纬度；使用不同的颜色区分了军队移动的大方向，浅棕色表示前进，黑色表示撤退；信息图标注了军队在某些特定日期的所在地点与撤退途中的温度变化。该信息图准确地表达了如此多的信息，成为信息可视化设计史上的经典。
图 1-7 数据世界
该信息图用非常直观的形式从每秒发送的电子邮件数量、每天一个家庭消耗的数据量、每分钟上传到YouTube网站的视频数量、每天谷歌处理的数据量、每天微博更新的数据量、每月花在Facebook上的总分钟数、移动互联网用户实时发送和接收的数据量、每秒在Amazon订购的产品数量等方面形象地展示了当今的数据世界。
使用图形来记录信息自古已有，这是基于图形具有直观和无障碍传达的先天优势。1940 年，在法国西南部道尔多尼州乡村发现的距今 15 000 年的拉斯科洞窟壁画中，就绘制有约 100 种栩栩如生的动物图形，这些图形信息对于研究史前人类史有着非常重要的价值和意义。此后，大约在 1350 年，中世纪法国著名哲学家尼科尔·奥里斯姆（Nicole Oresme）在研究平均速率定理的过程中，绘制了一种图形来进一步表达和解释他的观点。到了文艺复兴时期，天才科学家、发明家、画家达·芬奇在大约 30 年间绘制了超过 200 幅图文并茂的人体解剖图，在医学上发挥了重要的作用，被后世医学家们公认为近代生理解剖学的始祖。时间很快到了 1507 年，德国地图制作者马丁·瓦尔德泽米勒（Martin Waldseemüller）绘制完成了第一张真正意义上的全球地图，成为使用信息图传递信息的开端。1786 年前后，苏格兰的工程师和政治经济学家威廉·普莱费尔（William Playfair）发明了折线图、条形图、饼图和扇形图，数据图形学从此登上历史舞台。1857年，英国护士和著名统计学家弗洛伦斯·南丁格尔（Florence Nightingale）在威廉·普莱费尔发明的饼图基础上发展演变出一种新型的饼图，用于解释在 1854 到 1856 年克里米亚战争中的伤亡人数与死亡原因。这种饼图被称为“南丁格尔玫瑰图”，它的出现为南丁格尔制定英国医疗统计的标准模式起到了非常重要的作用，南丁格尔也因此被誉为“统计图形显示的先驱”。相比图形和文字，信息图利用了人类对可视化信息模式快速识别的能力，加速了观者对信息的理解，改变了人类的阅读模式，提升了信息获取的质量，而阅读模式的转换又推动了信息图的快速发展，使之成为今天信息传播的主流方式。
图 1-8 达·芬奇绘制的人体解剖素描手稿（分别为躯干解剖、头部解剖、手部骨骼与肌肉解剖）
图 1-9 1700 年至 1780 年丹麦和挪威的进出口贸易（威廉·普莱费尔，1759—1823）
威廉·普莱费尔是苏格兰工程师，统计图形方法的奠基人之一，他发明了折线图、条形图等统计图表，对信息可视化设计的发展产生了重要的影响。
图 1-10 死亡原因分析图（弗洛伦斯·南丁格尔，1857 年）
弗洛伦斯·南丁格尔是英国著名的护士和统计学家，英国皇家统计学会的第一位女性成员，美国统计协会名誉会员。1857 年，南丁格尔使用饼图清楚地解释了在 1854—1856 年克里米亚战争中的伤亡人数与死亡原因。
人类的思维方式从单向到多维的转变也与信息有着非常紧密的联系。19世纪以前，人类所掌握的信息的类型和数量都比较有限，需要思考的内容也相对简单，因此在思维方式上几乎都是从一个问题到另一个问题的简单直接的树状思维方式。19 世纪以后，特别是到 20 世纪中叶这段时间，人类从自然界获取的信息越来越多，但在信息处理的手段方式上却明显跟不上信息增长的速度，手中的信息虽多却显得繁杂而无序。因此人们开始尝试转变以往的思维方式，想要尽快改变这种现状以更好地适应这个愈加复杂的现代社会。20 世纪中叶以后，随着信息处理手段的不断进步，人们愈发强烈地感觉到这些看似复杂而无序的问题之中其实存在着很多内在联系，它们高度相关并相互依赖，因而必须彻底改变过去层级化、集中式的树状思维，学会用多维度、协作式的网络思维来思考问题并探索世界，才能把更多复杂的问题变得有序、简单而便于处理。因此，面对今天前所未有的繁多、复杂却高度有序的信息，人类游刃有余地适应着、推动着时代与社会的进步，而其中信息处理手段的不断进步主要就是指信息可视化的崛起。信息可视化的出现与快速发展是人类思维方式变化的直接结果，更是人类信息处理方式与手段发展的伟大进步。英国伦敦拥有世界上最古老的地铁网络，始建于 1856 年，1863 年 1 月 10 日正式投入运营，里程总长度为 402 千米。从伦敦地铁线路图的设计历程可以明显看出人类思维方式的变化，1931 年之前的线路图都是以实际地理比例、方位与线路长度为依据绘制而成的，折射出当时人们简单直接的思维方式。1931 年，工程绘图师哈里·贝克（Harry Beck）以多向网络思维重新思考地铁线路图的设计，让老旧复杂的伦敦地铁线路图焕然一新，反映了思维方式的变化对于信息图设计的重要推动作用。
图 1-11 1908 年和 1926 年的伦敦地铁线路图
1931 年之前的伦敦地铁路线图在绘制上完全按照实际地理比例，且通常直接覆盖在城市街道地图上方，使得整张地图错综复杂、元素繁多，增加了信息读取的难度。以上为 1908 年（左）和 1926 年（右）的伦敦地铁线路图。
图 1-12 哈里·贝克设计的1933 年版（上）与 2012 年版（中）及现用的伦敦地铁线路图（下）
哈里·贝克是一名英国的工程绘图师，在 1931 年，他使用全新的思维方式对伦敦地铁线路图进行了重新设计。他分析了乘客对于地铁信息的真正需求是站点顺序和换乘站点，而站点距离与线路形态则并不重要。因此，他取消了传统线路图中的实际比例，将所有的线路归纳为水平线、垂直线与 45°斜线三种线型，并使用多种色彩标示线路以利于辨识，同时将所有站点均匀排列，使得整个线路图变得非常工整简洁易于阅读。从以上三图的比较中可以看出哈里·贝克设计的线路图对于现今的伦敦地铁线路图产生的重大影响，同时这种设计手法也成为今天世界各国地铁线路图所遵循的共同模式。