Question

法国制图师 Jacques Bertin 在研究了大量的图表案例之后，发表了可视化图表设计与制图的奠基之作《the Semiology of Graphics》。

图表作为数据可视化的重要载体，各类统计图表的描述和绘制，有着非常坚实的理论基础，而且是数学描述的形式化系统，这就是图形语法《The Grammar of Graphics》的内容。这本书非常好地体现了“思维抽象”。

基本结构

Wilkinson 认为图形构造分为三个步骤，规范定义（Specification）、组装（Assembly）和显示（Display）。

规范定义描述了如何将不同的图形对象“翻译”为形式化语言，由六部分组成：

• Data：数据 ，从数据集中创建变量的数据操作
• Trans：转换 ，数据变量之间的转换，例如排序
• Scale：标度 ，标度转换，例如 log 转换
• Coord：坐标 ，定义坐标系统，例如极坐标
• Element：图形 ，及其视觉属性，例如点图和颜色
• Guide：参考 ，图形对象间的比较、分类和对齐等，例如图例

组装则是根据规范定义绘制出画面，需要处理几何、布局、美学属性等等问题。

展示则是指具体的显示枚举，如屏幕、纸张、视频等等，虽然我们现在大部分场景下是在计算机相关的平台上展示。由此看来，规范定义是整个图形语法的基础。

视觉编码

Specification 中关于 Element 图形的描述，其实在 1967 年已经有学者研究过了。Bertin 在 《Semiology of Graphics》一书中定量地阐述了图形符号与信息之间的对应关系，奠定了可视化编码的理论基础。Bertin 认为视觉编码由两部组成， 视觉标记 （Visual Marks）和用于控制标记视觉特征的 视觉通道 。

• 视觉标记：图形符号有点、线、面三种。

• 视觉通道则分为位置变量和视觉变量（Visual Variables）。位置变量 1 种，视觉变量 6 种。

  • 位置变量包括二维平面上 x 和 y 位置，
  • 视觉变量则包括尺寸 size_、明度 value、纹理 texture、颜色 color、方向 _orientation 和形状 shape。

实现

图形语法目前已经有了不少的实现，如开头提到的 ggplot2、vega、Bokeh、G2 等等。图形语法严格来说是一种思想，并不是一个真正意义上的实现标准，所以这些实现并不能互相兼容，有些实现为了兼顾实际的使用场景，也没有完全遵循图形语法的原始定义。