近年来,大数据可视化成为学术界与行业的研究应用热点,同时也为数据可视化领域的技术人员与设计师带来了新的挑战。可视化学术与应用行业的研究成果,重点集中在可视化代码技术、可视化性能计算以及可视化的表征映射研究等分支性研究。但遗憾的是,现有的数据可视化设计研究中,大多仅集中在数据可视化表征领域。尽管出现了围绕可视化数据叙事的研究,但多以表征形式为研究方向,缺乏以叙事可视化背后符合用户认知结构逻辑为主要突破点的研究。因此,本文从用户认知出发,基于理论结合行为实验研究,探究了时、空数据的优化叙事可视化呈现方法以及不同认知风格的用户对于叙事结构的偏好性,并综合总结了针对时空数据的叙事结构构建方法,对时空数据的可视化叙事结构设计提供了一定参考。首先,本文以用户信息认知三角度为基础,从信息行为认知、信息视觉认知、信息大脑认知阐述了基于视觉通道获取的不同层面用户认知基础理论。其次,从可视化设计师角度,梳理了叙事理论在不同可视化情境中的研究与应用,综合总结了叙事可视化的理论基础以及叙事结构设计可用性原则。再次,从用户行为研究角度,通过行为实验测量指标评价了用户对时间数据与空间数据的认知行为绩效。在该部分中,基于时空数据在不同层级的可视化叙事结构中的复合表征,实验一以视觉为导向探讨了时空数据可视化叙事结构对用户认知绩效影响,得出了时空数据最优叙事呈现结构方法;实验二以交互为导向探讨了认知风格与可视化叙事结构的匹配关系,通过行为实验得出了用户的场认知风格与可视化叙事结构的相关效应。最后,从设计实践角度,基于实际数据可视化设计需求,将本研究中的理论结合行为实验得出的设计支持方法综合运用到实际数据叙事设计中,为时空数据可视化视觉与交互结合的界面叙事结构设计提供了设计案例参考。本研究通过认知理论、叙事理论与行为绩效实验的结合,递进且综合研究了数据可视化叙事结构,对可视化界面的时空数据叙事结构设计具有一定的参考价值。