穿越時空的可視化（5）：導視設計的靈感
如何用設計幫用戶抵達看不見的目的地？且看不同文化傳統與時代如何用設計解決導航和導視困境。
編譯者前言
《穿越時空的可視化》是一個編譯系列，本文是第五篇。該系列編譯自Paul Kahn發表在Nightingale上的《全球信息設計》系列文章。 《全球信息設計》介紹了大量經典的可視化設計，涵蓋了從現存最早至今的視覺語言。通過研究這些經典設計的思路，不管是設計構圖、佈局、敘事技巧，還是對主題數據的不同設計方式，相信都能為我們當下的可視化實踐帶來靈感。
了解更多該系列，請戳：《穿越時空的可視化（序）：一種新的靈感來源》
本文繼續講述交通篇章的海空導航信息設計。海空航行與陸地不同，因看不見目的地，缺乏地標，只能靠把握基本方向、恆星位置及航行時間來導航。
航海圖的信息設計與兩個主要影響緊密相關：導航工具，與開放空間的表徵方式。且讓我們看看，不同文化傳統與時代的設計是如何處理這個問題的。
鄭和下西洋
鄭和下西洋時期的圖反應了中國早期航海圖的設計方式。 1405至1433年間，鄭和七次率領考察，由政府資助，數百艘船，從揚子江上的明朝首都南京出發，前往東南亞、印度、波斯灣和東非。鄭和西洋遠征在中國歷史上獨一無二，但其走的貿易航線已有數百年曆史。 《馬可·波羅遊記》中記載的13世紀從中國沿海出發的海航路線就與之類似。
1644年，茅元儀編著了《武備志》，並收錄了他的祖父茅坤繪製的鄭和航海圖。我們今天看到的版本，也被稱為《茅坤圖》，應該是根據1420年代的原圖重新繪製的。原《鄭和航海圖》為軸畫，複本《茅坤圖》為40頁印刷分圖。
鄭和航海圖與其他尚存的中國海河地圖的設計形式相似。長江、南海、孟加拉灣、阿拉伯海和印度洋被均勻處理，構成連續的狹長頁面，並分佈著島嶼、河流和港口。即使艦隊穿越公海也被壓縮成河流的大小。地標與港口之間的距離用指南文字填充，而不是測量空間。
根據信息不同，頁面運用了不同的比例尺和方向。地圖從右向左開始，最右是南京的長江段，畫有明皇宮和建造鄭和帆船隊的寶船廠。地圖的朝向始終與出航船隻保持一致。
與其它交通圖一樣，在熟悉的地區，信息的密度最大。沿海比例尺約為每1英寸7英里，而在不熟悉的東非地區，甚至急劇擴大到每1英寸200英里。
航行路線用虛線標出，多條路線表示多次遠征。方向、航行時間和探測深度等航行指南，與這些虛線平行。航向採用中國24方位，航行時間以“更”為單位（一“更”約為一天的1/10，或2.4小時）。位置信息，是通過用手指測量的地平線上方已知恆星的高度來確定。
編者註：地支、八卦、天干24方位，如“北辰”。 “過洋牽星術”，通過觀測星象，確定所在緯度，單位為“指”（1度36分），一指還可細分為四“角”。
🌳 編者小言
以我們現在的要求來看，可能這都算不上真正意義上的地圖，而更像是“概念圖（concept map）”。紙上按相對位置排著地名（也不是準確的實際地理位置），畫出地點之間大概的路線（也不需要精確畫出轉彎），然後在線的旁邊標上文字：“往東開3小時，再往東南開1小時……”
但這種導航思路被“繼承”下來了。在沒有導航軟件和地圖的時候，我們也常常用紙筆，畫這種類似的圖給別人導路。甚至，現代城市的一些導視指示牌也是如此。
地圖的朝向變來變去這點，在出行前規劃時可能讓人感到頭疼，但對於在船上導著航的人來說可能更直觀。這種設計思路和我們現在的App實時導航功能異曲同工。
文字說明設計：將指南文字寫在航線上的設計也很有意思。雖然有人會指出帶角度的字不易讀，但這種排版設計也有優勢：更清楚字是隨附哪一條線，同時節省空間，為排版上帶來更多可能性。
波特蘭航海圖
地中海和北大西洋的航海圖也出自海航指南。希臘最早的《航行記》（Periplus），相當於海航版的路線史，可追溯到1世紀。幾千年的航海實踐，為地中海和黑海以及北大西洋沿岸提供了詳細的港口與沿海信息。這些信息與指南針的結合，促成了波特蘭海圖的發展。
波特蘭（Portolan），來自意大利語單詞“ portolano”，是海航指南的書面名稱。波特蘭海圖用羅盤玫瑰和放射線來可視化航向。羅盤玫瑰是由32個風向組成的圓盤，放射線畫出了兩點之間的固定航行角度，並且這些角度在所有經度線上都相同。
最早的經典波特蘭海圖，就是亞伯拉罕·克雷斯克斯的《加泰羅尼亞語地圖集》。
在天氣允許的情況下，船的緯度可以通過測量太陽或導航星在地平線上方的角度來確定。但船的經度計算比較複雜。
地球經度有360度，15度代表地球自轉一小時。如果舵手知道船舶位置的當前時間與某固定參考點時間的差，就能算出船相對於那個固定參考點的位置。獲取船的當前時間相對容易，難的是在船上確定遠處參考點的時間。
直到18世紀中葉，有了能帶上船的鐘錶，經度問題才得以解決。自學成才的木匠兼鐘錶匠約翰·哈里森（John Harrison）為英航發明了一系列輕便可靠的天文鐘錶。法國的鐘錶匠皮埃爾·勒·羅伊（Pierre Le Roy）和費迪南德·貝索德（Ferdinand Berthoud）也發明了類似的設備。這些設備，結合由單一位置測量時間的概念 — — 現在稱為格林威治標準時間（GMT），成了海上定位工具。
不過早在這之前，海航圖信息設計就已經開始發展了。儘管在現代人看來，18世紀前海圖的線條網有計算精密的感覺，但在很大程度上，跨海航行還是靠技巧和運氣。船駛出陸地後，在看不見目的地的情況下，舵手要不斷盡力計算航向、估計已航行的時間和距離，直到抵達陸地。葡萄牙航海家把這種估算的船舶位置稱為“ponto de fantasia（幻想點）”。航程越長，這種方法的不確定性就越成問題。等上岸後，這些歐洲航海家才能測量緯度，並補充到海圖中。
例子1/ 新海岸線
佩德羅·雷納爾的1504年海圖是海航過渡時期的波特蘭海圖。圖的右側是地中海東部港口、北大西洋沿岸以及到佛得角（Cape Verde）群島的西非海岸。地圖中間是加那利（Canary）群島和葡萄牙亞速爾（Azores）群島上的西班牙居住地，被九個羅盤玫瑰中最大的玫瑰分隔。在這些島嶼之間海航需要緯度尺，用來獲知從不列顛群島到非洲的垂直位置。旗幟表示領土管轄權，如帶有五個白色圓點的藍旗標誌著葡萄牙的領土。
原圖左上方是紐芬蘭。對於這條新海岸線，雷納爾加了一個傾斜的緯度尺，解決了磁偏角引起的羅盤方向偏移問題。
例子2/ 七海揚帆
1929年，托普卡珀皇宮圖書館的編目人員發現了奧斯曼帝國海軍上將皮里·里斯（Piri Reis）於1513年的世界地圖。
這張地圖面朝北，右上方是伊比利亞和西非，海岸上是亞速爾群島和加那利群島，左邊則是南美和加勒比海島嶼的海岸。航海用羅盤玫瑰和放射線測量。皮里在圖上用文字記載了他如何整合阿拉伯、葡萄牙和西班牙海圖以及世界地圖來畫的這幅地圖。
和前面雷納爾的例子一樣，皮里的地圖碎片說明了波特蘭海圖如何被運用到新航線。這些大大小小的羅盤玫瑰與熱帶和赤道對應。皮里足以運用波特蘭海圖系統實現那時所謂的“七海揚帆”。放射線也說明這個地圖也包括大西洋、整個非洲和印度洋。
例子3/ 新大陸
這張1520年西班牙的南美圖，於1578年發表於約翰·馬丁內斯（Joan Martinez）的地圖集，結合了羅盤玫瑰（與赤道和南迴歸線平行）和放射線。即使是南美大陸這麼大的區域，也可以將航海圖本地化後加以運用。
🌳 編者小言
數據產品服務的兩種戰略： 波特蘭海圖的數據來源類似於我們現在常說的“眾包”，使用者（無數的商船）的出行經驗被記錄為數據，新數據又被添加到海圖裡給使用者導航。並且，還可能根據這些“大”數據推算出新導向。
而鄭和航海圖更像是“定制”服務，根據已有資料（航海日記等）和經驗（水手等），為鄭和船隊量身打造，船隊規模、船隻大小和速度等都有考量，換一個船隊還不一定好使。
大革新：墨卡托投影
對於長途越洋，缺乏統一的緯度尺一直是個問題。杰拉杜斯·墨卡托（Gerardus Mercator）設計了一種數學投影，將平行於赤道的緯度線和穿過極點的經度線轉換為二維網格。
墨卡托（Mercator）是法蘭德斯製圖師、作家和儀器製造商，在製作地球儀和歐洲地圖掛畫方面有非凡建樹，承接世界各地貴族和教會精英的訂單。他提出的航海圖解決方案 — — “一種適用於航海的新而更全的地圖”，首次出版於1569年，現在被稱為墨卡托投影。該投影增大了兩極處的緯線間距，將經度繪製為直線，而不是曲線，從而形成均勻的網格。有了這張地圖，舵手就可以通過在地點之間連直線，導航到正確的目的地。
全歐洲的製圖師都採用了墨卡托投影來繪製新世界。起初是因為它對海航非常有用。之後即便沒人記得其海航優勢，人們還是首選它來畫世界地圖。
事實上，這個投影無意間增加了兩極附近的陸地大小，比如格陵蘭島和北歐亞大陸，而縮小了南美、非洲和南亞的赤道區域的大小。後世的人便學會了低估非洲的規模而高估歐洲的大小。
🌳 編者小言
從視覺感知上來說，二維投影系統可以簡化空間的複雜度，大腦對二維信息的處理比對三維球體更容易。如今，針對地球體的不同問題，也有各種不同的投影系統，雖然墨卡托投影已成為默認選項，但並不是唯一選擇。
墨卡托投影的發明初衷，是為了解決超長途旅行的緯度尺不統一問題。波特蘭海圖的發源地 — — 地中海、紅海和黑海一帶，因為屬於短途，受緯度尺影響不大，加上波特蘭海圖已積累了大量數據，以至於之後的兩三個世紀裡，那裡的人們仍然繼續使用著波特蘭海圖。
淺灘的高深
前面的例子都用來規劃、輔助和記錄長途航行，而安全靠岸和啟航也需要一種圖，於是便有了從航行指南演變成而來的海岸線與港口信息圖。
之前提到的奧斯曼帝國海軍上將皮里·里斯，還繪製過地中海的海圖。他的《導航書（Kitāb-ibaḥriye）》描述了從土耳其的邊界開始，以順時針方向向南航行到埃及，然後向西穿過北非到達直布羅陀，再向東回到愛琴海的環遊。書中有200張地圖，配上描述海岸線和主要島嶼的文字。舵手需要從海上眺望目的地的遠景圖，需要海岸線的細節圖，以預估從海上中看不到的遮蔽區，也需要淺灘和岩石的警示信息。港口文字說明也提供了有用位置的信息，例如可以在船上補充淡水或其他補給的地方。
盧卡斯·詹索恩·瓦格納爾（Lucas Janszoon Waghenaer）是一位經驗豐富的荷蘭舵手，曾從挪威北大西洋海岸航行至加的斯。他根據自己的筆記設計了從北海以南到直布羅陀的海岸圖。並在荷蘭萊頓以《水手的鏡子（Spieghel der zeevaerdt）》出版。
他整合了三種基本信息。圖頂部是沿海輪廓，以幫助飛行員從遠處識別位置。往下是沿海特徵，用於定位港口和河流，也包括土地用途（耕地、牧羊）和海港建築輪廓的插圖。最後，在船隻可以入港的地方用數字標出深度。
《導航書》和《水手的鏡子》是為同一類讀者而設計的，寫作和出版相距僅60年（1525年和1584年）。即便來自不同文化，兩者在信息設計上也極為相似，都採用了統一的比例來繪製系統的沿海航圖。但兩者的書籍生產技術卻大相徑庭。
《導航書》是一本手稿書，是精緻的書法和微型繪畫筆法的產物。皮里是用它來打動新的蘇丹蘇萊曼。不論蘇丹是否喜歡它，該書能留存多個副本便足以說明它曾打動過不少人。但手稿書沒法廣泛發行。
瓦格納爾的書是專門獻給他的貴族贊助人 — — 英格蘭國王威廉三世（William of Orange），但目的是打動海航員而不是國王。裡面的圖由頂尖的雕刻師和印刷師克里斯托弗·普蘭汀（Christoffel Plantijn）用新的銅版技術製作的。這書經歷了荷蘭語、法語和拉丁語的多次印刷，以致不得不重刻磨損的銅版。
根據荷蘭水手的反饋和新信息，瓦格納爾還增加了北海和波羅的海的圖。他之後又出了一本書《航海寶藏》，以橢圓形雕刻和印刷，不太適合圖書館，反而更適合在船上使用。也許對他的設計最大的褒揚，就是後來所有沿海和港口的海圖都被稱為“ waggoners”。
海面的可視化
早在沒有接觸歐亞航海地圖信息和技術前，波利尼西亞的舵手就在南太平洋各島之間海航了。他們既沒有指南針也沒有地圖，而是發明了棒圖。
馬紹爾群島由34個環礁組成，位於夏威夷西南兩千多英里處。兩組環礁延伸起來超過500英里。舵手駛著獨木舟，通過閱讀天空和感知海面在島嶼間航行。他們的航海棒圖由19世紀的西方遊客們 — — 傳教士、水手和作家羅伯特·路易斯·史蒂文森（Robert Louis Stevenson）作為文物收集起來，現收藏於歐美的博物館。在德日美的文化遷移浪潮下，這種導航技術已在20世紀絕跡，好在我們還能解讀它。
三種類型的棒圖記錄了通過獨木舟船體感知到的海面特徵。 Mattang是基礎教學工具，高度對稱的設計說明了島邊的海浪如何反射和折射，並交匯出一系列結點。它說明瞭如何在結點上感知一個看不見的島嶼。在此基礎上，有了另外兩種圖，用來記錄特定島群間的海面。 Meddo繪製了特定島嶼間的關係。 Rebblib繪製了整個島群的海面。如前所述，海圖上的線表示波浪地形，而不是船的航行路徑。
棒圖不僅信息內容有所不同，用法也不同。馬紹爾海圖在旅行之前而非旅途中使用。雖然一些尚存的波特蘭海圖是為皇家收藏而製作的藝術品，但給舵手用的都是在航行途中。視覺圖形可輔助記憶，馬紹爾舵手將棒圖裡的信息內化後便不再需要它了。
🌳 編者小言
憑藉著在群島之間航行的巨大需求，馬紹爾棒圖體現出一種完全不同的導視思路。沒有紙和印刷術，就用木頭和貝殼，沒有羅盤等工具測量方向和時間，但正好船小，沒有比小木舟更能感受到海浪起伏的船了。
將這種主觀感受性的數據作為導航信息，並形成系統性教學知識，以現代人標準看來也許不可思議。但其實，即便是21世紀，在沒有科技支持的領域，仍然是這種思路。比如，我們還沒有一種儀器能給心情好壞測量出一個通用的客觀值，常見的測量方式還是自評量表。
航空圖的發展
和舵手一樣，飛行員也沒有既定的路線，同樣需要一個能提供固定方向的導航系統。只是進出的不再是港口，而是機場，應規避的不再是礁石淺灘，而是山地。
早期的跨洲航空旅行被當作陸行業務，交通量小，也沒什麼限制。頭幾十年的民航圖基本上就是在地理地圖上的點線圖，目的是規劃行程和預估路線上的通訊服務。
在羅盤導航下，即便看不到目的地，飛機也能一直保持正確的方向。早期的航空圖將海航把指南針與陸地路線圖的視覺策略結合在一起，可以從空中看到河流、鐵路和公路等。可視化陸地特徵有助於飛行員識別或驗證當前位置，並避免危險。
這幅日本地圖的右上方是沖繩的西南諸島飛機場的指南針航向，在台灣的東、西海岸和左岸附近島嶼有多個著陸點。航向以度為單位，也包括了到目的地機場的距離（以公里為單位）。海拔用顏色編碼，突出高地之處。高峰處標有海拔高度數，並用小橫線表示其相對危險度。
海航圖的陸地特徵隨地形的顯著特徵而變化。下面這張地圖來自駐法國海岸的德國空軍地圖集，畫的是英吉利海峽最狹窄的部分，目標讀者是德國飛行員。
這幅圖突出的信息有助於飛行員跨海峽前往倫敦執行任務的途中保持方向。除了主要公路網外，它用視覺符號標出了沿海沼澤、沙丘和礫石以及三種類型的懸崖。設計師是如何決定將逼真的沿海懸崖草圖與二維抽象的路線圖相結合，還挺令人驚訝。在執行轟炸任務的始末，能視覺上識別出可能的沿海懸崖至關重要。
20世紀末，商用航空已國際化，標準化水平也很高。現代航空圖是設計給受飛行培訓的專業人士，結合了視覺提示、導航儀和無線電通訊。飛行員要與航空管制員時刻保持口頭交流，航空管制員會跟踪飛機的位置和高度，並為行進、起飛和著陸提供口頭指示。
飛機有兩套運行規則：晴天運行的小型飛機的VFR（可視飛行規則）和依賴導航儀的商用飛機的IFR（儀表飛行規則）。 VFR和IFR的信息圖設計截然不同。我們可以比較波士頓洛根國際機場的航空圖。
VFR圖是給非商用的飛行員的，傳達了接近有多個機場的主要城市時應遵循的多層限制。洛根機場周圍的藍色圓圈標出了各個高度的飛行限制。棕色輪廓線畫出了附近其它機場的複雜重疊空域。圖上的數字表示與不同塔架通信的特定頻率。
IFR圖表現出完全不同的抽象性。該圖主要圍繞三個商用機場 — — 中心的波士頓、下方的普羅維登斯（Providence）和上方的曼徹斯特（Manchester），而飛機無法降落的小型機場則無關緊要。只有沿海輪廓以淺色保留下來，作為指南針的參考背景。矢量的黑線提供了行進和起飛的航向，這些航向也被編程到飛行導航系統中。
編譯者後語
導航導視系統的突破，很大程度依賴於科技發展。三角定位法的發明給我們帶來大量距離數據，羅盤給了方向信息，便攜式鐘錶解決了經度問題等等。但不管這些科技是否來臨，導航和導視的設計都孜孜不倦。用設計去彌補科技的缺席，應驗了那句老話，只要思想不滑坡，方法總比困難多。
