彩虹色竟会扭曲数据的表达?

作者: Heron et al.

来源: 原理

发布日期: 2021-10-14

文章讨论了彩虹色彩模式在科学数据可视化中的误导性,指出这种色彩模式的颜色变化不均匀,可能导致数据表达的扭曲,尤其对色盲或视力缺陷者不友好。建议避免使用默认的彩虹色彩模式,选择颜色变化均匀的色彩模式以提高数据交流的有效性。

色彩可以给科学数据和图像带来一丝不一样的活力,从绘制选举投票情况,到研究火星地形,为火星车规划路线,再到向大众阐述气候变化情况,甚至是对心脏病进行关键诊断,颜色都可以让科学家的数据转换成有意义的东西,从而被广泛共享。

用彩虹色彩模式表示火星表面地形。图片来源:NASA色图是由不同颜色组成的色彩模式,这些颜色可以代表绘图上特定区域的某些数值或性质。但许多研究人员没有注意到的是,色图中的颜色选择大有讲究。在许多可视化软件中,彩虹色彩模式(有时也被称为jet色彩模式)是一种默认设置。它通常从蓝色开始,代表较低值,然后过渡为青色、绿色、黄色、橙色,最后来到代表最高值的红色。

但在一些科学家眼中,彩虹色其实并不是一种很好的选择,它不仅是一种具有误导性的色图模式,对一部分人来说还有可能难以辨认。各类色彩模式。|图片来源:Karim, R. M. et al. / Applied Sciences (2019)简单来说,一些色彩模式可能是发散性的,这种特征能让我们从视觉上感知到中心值,而另一些或许是顺序性的,能让我们获得一种数值从低到高的排列直觉感受。

但彩虹色的组合却两者皆非。

从根本上说,在这种色彩模式中,颜色之间的变化并不平滑。例如,在很短距离内颜色就会发生变化。用一种更直观的方法来说,用一种颜色之间变化剧烈的色彩模式来制图,就好比在一个数字分布不均匀的数轴来表达数字。在彩虹模式的色图中,这差不多相当于,将数字1到4全挤在一起,而8到10却分得很开。

彩虹色彩模式的位置轴和一种颜色变化平滑的色彩模式batlow的位置轴对比。|图片来源:Crameri, F. et al. / Nature Communications (2020)这种不均匀的颜色梯度意味着,色彩模式中的某些部分会自然而然地比其他部分更突出,从而以这种方式扭曲了数据的表达。两种色彩模式(jet与vik)的色图对比。

|图片来源:Fabio Crameri via The Conversation基于这种不均匀颜色梯度的RGB色彩空间在数学上相对简单,但它与我们感知颜色以及如何分辨颜色差异的方式并不协调。彩虹等不均匀的色彩模式的另一个问题是,对于视力缺陷或色盲的人来说,用这些颜色呈现的数据可能无法读取或者不准确。很大一部分人无法阅读包括亮度相似的红色和绿色的色图。

一些估计显示,全世界有0.5%的女性和8%的男性患有色彩视觉缺陷(CVD)。这组数字在撒哈拉沙漠以南的非洲地区的人口中更低一些,但在白人比例较高的人口中,例如斯堪的纳维亚半岛,比例可能还要高得多。几种色彩视觉缺陷友好型的色彩模式(viridis、cividis和batlow)与彩虹色彩模式(jet)的对比。

| 图片来源:Crameri, F. et al. / Nature Communications (2020)无需多言,任何科学成果都应该能被尽可能多的人看到,显然,CVD人群也应该被考虑在内。彩虹色和其他不均匀的色彩模式的问题多年来一直为人所知,某些科学领域已经对色彩策略的实践做出了重大改变。比如,《自然·地球科学》等学术出版物对新提交的论文采用了更为均匀的色彩模式策略。

政府间气候变化专门委员会(IPCC)也为图片制定了新的色彩指南。类似MATLAB和Python等软件包也已经不再将彩虹色作为数据可视化功能的默认色彩模式。

当谈到更有效的数据交流时,进行过相关研究的科学家Philip Heron、Fabio Crameri和Grace Shephard三位科学家提出了用颜色更有效地交流发现的一些建议:(1) 避免使用默认的彩虹色彩模式;(2) 如果一定要用到红色和绿色,确保它们的亮度不相同,方便辨认;(3) 采用颜色之间均匀变化的色彩模式。

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