Summary
Здесь представлен протокол для визуализации климатических данных как генеративного искусства.
Abstract
Способность понимать современный климат опирается на фундаментальное понимание прошлой изменчивости климата и способов, которыми планета стабилизируется взаимосвязанными обратными связями. В этой статье представлен уникальный метод перевода записей прошлых климатических переходов, сохранившихся в глубоководных отложениях, для широкой аудитории с помощью иммерсивной визуализации. Эта визуализация представляет собой мультимедийную инсталляцию, которая включает в себя геохимические записи ледниковых и межледниковых переходов и модельные прогнозы будущего антропогенного потепления, чтобы создать захватывающий опыт для зрителей, приглашая их взаимодействовать и размышлять о тонких, нюансированных различиях между подмножествами истории Земли. Эта работа демонстрирует пять интервалов времени, начиная с начала современной ледниково-межледниковой цикличности (~ один миллион лет назад), сравнивая прошлый климат с результатами моделирования прогнозируемого будущего антропогенного потепления (до 2099 года). Инсталляция состоит из нескольких экспериментальных проекций, по одной для каждого подмножества времени, отображаемых на разных поверхностях в комнате. По мере того, как зрители перемещаются по пространству, проекции медленно проходят через различные климатические переходы, используя такие методы анимации, как скорость, цвет, наслоение и повторение, и все это генерируется с помощью данных для конкретного места, чтобы передать уникальное поведение планеты в отношении глобального климата. Эта работа обеспечивает основу для уникальной визуализации научных данных с генеративной анимацией, созданной с использованием алгоритма Perlin Noise в центре установки. Исследовательские переменные, такие как температура поверхности моря, динамика питательных веществ и скорость изменения климата, влияют на формальные результаты, такие как цвет, масштаб и скорость анимации, которыми легко манипулировать и связывать с конкретными данными. Такой подход также позволяет публиковать данные в режиме онлайн и обеспечивает механизм масштабирования визуальных параметров до широкого спектра количественных и качественных данных.
Introduction
Генеративное искусство и используемые здесь методы позволяют напрямую переводить количественные данные в анимацию, сохраняя при этом целостность данных. Художники используют генеративное искусство для изучения восприятия пространства и времени1,2, но генеративное искусство еще не широко используется с пространственными или временными научными данными. Представленная здесь работа обеспечивает простую основу для использования генеративных визуальных продуктов для демонстрации климатических данных. Эти продукты могут широко применяться, независимо от того, используются ли они для создания личных выставок или в качестве наглядного пособия для презентации или онлайн-публикации.
Использование геохимических измерений или оценок для масштабирования таких элементов, как цвет, форма, размер и скорость, обеспечивает средства визуальной передачи скорости и величины изменений, не требуя от зрителя чтения статьи, интерпретации графика или просмотра таблицы данных. В качестве альтернативы рандомизация выбранных переменных используется для того, чтобы сообщить об отсутствии данных или неопределенности, как в случае будущих прогнозов. Сопоставление геологического прошлого и будущего, возможно, является неотъемлемой частью эффективности этих продуктов в качестве инструментов научной коммуникации. Недавний опыт часто служит основой для сравнения современного изменения климата, что затрудняет понимание масштабов антропогенного изменения климата3.
Геохимические измерения, визуализированные в этой статье, охватывают переход к середине плейстоцена (MPT; от 1,2 миллиона до 600 000 лет назад), регистрируя изменения вблизи северной границы Южного океана с площадки U1475 4,5 Международной программы исследования океана. Данные MPT представлены в четырех анимациях, которые подчеркивают изменения в состоянии океана по мере охлаждения планеты и усиления ледниковой и межледниковой изменчивости6. Это обеспечивает геологическую основу, раскрывающую естественный ритм климата Земли, подчеркивая долгосрочную тенденцию похолодания, которая резко контрастирует с будущими климатическими прогнозами. Будущие оценки температуры представляют собой средние значения результатов 20 климатических моделей под воздействием репрезентативного углеродного пути 8.5 (RCP 8.5; сценарий с радиационным воздействием 8,5 Вт/м2 в 2100 году) для местоположения Нью-Йорк, Нью-Йорк7. RCP 8.5 представляет собой наихудший сценарий устойчивых выбросов, приводящих к повышению средней глобальной температуры на 3,7 °C к 2100 году8. Таким образом, в данной статье демонстрируется способ сравнения будущих прогнозов с геологическими данными для сравнения темпов изменения климата и изменчивости климата.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Воспроизведение существующих визуализаций
- Загрузите программное обеспечение для кодирования и визуализации (см. Таблицу материалов).
- Загрузите данные и код. В этой статье используются «степени неопределенности» с данными Marcks et al.4 и Cartagena-Sierra et al.5 по возрастной модели Starr et al.9.
ПРИМЕЧАНИЕ: «Степени неопределенности» содержат пять файлов кодирования: Файл дополнительного кодирования 1, Файл дополнительного кодирования 2, Файл дополнительного кодирования 3, Файл дополнительного кодирования 4 и Файл дополнительного кодирования 5, с содержимым, относящимся к каждому периоду времени визуализации (MPT 1, MPT 2, MPT 3, MPT 4 и Future соответственно). Каждый из них содержит библиотекикодирования 10, используемые для визуализации, а также папки «Script», содержащие загруженные данные в .csv формате, код, используемый для генерации визуальных элементов «частица.js», и индексный файл «index.html», который связывает все соответствующие данные и код вместе.
- Загрузите данные и код. В этой статье используются «степени неопределенности» с данными Marcks et al.4 и Cartagena-Sierra et al.5 по возрастной модели Starr et al.9.
- Откройте программное обеспечение для редактирования кода из «степеней неопределенности».
- Перетащите файл (MPT 1, MPT 2, MPT 3 или MPT 4) в редактор кода, чтобы визуализировать его.
- Файлы отображаются в меню EXPLORER в левой части окна. Проверьте процедуру визуализации данных из папки «Будущее» на шаге 1.7.
- В меню EXPLORER щелкните папку (MPT 1, MPT 2, MPT 3 или MPT 4), чтобы открыть раскрывающееся меню, щелкните сценарий, а затем нажмите на index.html.
ПРИМЕЧАНИЕ: Код появится в правой части окна. - Щелкните левой кнопкой мыши часть окна с кодом для 'index.html' и выберите в меню пункт Открыть с помощью действующего сервера .
ПРИМЕЧАНИЕ: Откроется окно интернет-браузера, в котором начнется воспроизведение визуализации. - Закрытие и повторное открытие редактора кода может потребоваться между визуализациями при загрузке визуального элемента из другого подмножества времени. Повторите шаги 1.4-1.6 для каждого подмножества времени.
- Чтобы просмотреть визуализацию, основанную на будущих прогнозах, откройте папку «Будущее» на компьютере и перетащите папку «Накопление» или «Переход» в редактор кода. Разница между анимациями описана в разделе результатов.
- Выберите имя папки в окне EXPLORER и нажмите на index.html. Щелкните левой кнопкой мыши часть окна с кодом для 'index.html' и выберите в меню пункт Открыть с помощью действующего сервера .
ПРИМЕЧАНИЕ: Откроется окно интернет-браузера и начнется воспроизведение визуализации, которую можно сохранить локально на компьютере путем записи экрана.
2. Редактирование визуализаций
ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы отредактировать визуализации, при необходимости выполните шаги 1.1-1.4 выше, чтобы загрузить соответствующие данные.
- Выберите интересующую папку в окне EXPLORER редактора кода и откройте основной файл скрипта, нажав на sketch.js.
ПРИМЕЧАНИЕ: Файл 'sketch.js' в MPT 1 (Supplementary Coding File 1) содержит наиболее подробные аннотации; Таким образом, данный файл может оказаться наиболее полезным для ознакомления с кодом.- Код появится в правой части окна редактора кода. Внесите изменения в параметры визуализации в этом коде. Ищите аннотации к коду с подробными описаниями кода и его функций, которые следуют за двойной косой чертой «//» и далее обозначаются зеленым текстом (дополнительный рисунок 1).
- Определите переменные, которые будут связаны с данными или использоваться для настройки визуальных параметров (дополнительный рисунок 1).
- Загрузите данные в рабочую область (дополнительный рисунок 2).
- Определите визуальные параметры холста. Используйте цикл for, чтобы связать данные с конкретными характеристиками; здесь размер связан с изотопным значением азота «d15N» (дополнительный рисунок 3).
- Используйте цикл for, чтобы определить длину хвоста для каждого шара. Хвост относится к промежутку времени, в течение которого шары остаются на экране после появления, создавая накопление цвета по мере визуального развития (дополнительный рисунок 4).
ПРИМЕЧАНИЕ: Здесь длина хвоста масштабируется до скорости накопления c37 алкенонов. - Наконец, нарисуйте анимацию, применив алгоритмPerlin Noise 11 для определения формы визуальных элементов (дополнительный рисунок 5).
ПРИМЕЧАНИЕ: Здесь в качестве базовой формы используется круг с шумом, приложенным к точкам по окружности круга. Они будут «покачивать» границу круга, создавая органическую шарообразную форму, которая отклоняется от круга на величину, определенную командой «покачивание». - При необходимости отредактируйте код, используя аннотации для облегчения изменений.
3. Сохранение правок
- Сохраните изменения, одновременно нажав клавиши command и S .
- Чтобы просмотреть обновленные визуальные элементы, перейдите к файлу index.html в окне проводника, щелкните левой кнопкой мыши и выберите в меню пункт Открыть с помощью действующего сервера .
ПРИМЕЧАНИЕ: Откроется окно интернет-браузера и начнется воспроизведение визуализации, которая может быть сохранена локально на компьютере путем записи экрана.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
В этой работе получены шесть визуализаций, соответствующих пяти уникальным интервалам геологического времени, с визуальными аспектами, масштабированными до количественных данных, измеренных либо на глубоководных отложениях (рис. 1, рис. 2, рис. 3, рис. 4, видео 1, видео 2, видео 3 и видео 4), либо смоделированных на основе сценариев RCP Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) (рис. 5 и рис. 6 ). Каждая визуализация уникальна и генеративна, что означает, что одни и те же входные данные дают немного разные визуальные выходные данные каждый раз, когда выполняется код из-за рандомизации переменных, таких как траектория частиц и границы формы. В каждой визуализации шары, созданные с помощью алгоритма шума Перлина, применялись к точкам вокруг круга-траверса на черном фоне с полупрозрачными хвостами, записывающими их траектории. Шары продолжают двигаться по экрану бесконечно долго, в конечном итоге накапливая цвет на черном фоне.
На рисунке 1, рисунке 2, рисунке 3 и рисунке 4, сгенерированных из кода в MPT 1-4 (дополнительный файл кодирования 1, дополнительный файл кодирования 2, дополнительный файл кодирования 3 и дополнительный файл кодирования 4), такие элементы, как цвет, размер и скорость, количественно масштабируются для оценки температуры поверхности моря, изотопного состава азота и скорости изменения климата на основе геохимических измерений глубоководных отложений. Цвет колеблется от синего до красного, причем самые холодные интервалы отмечены наибольшим обилием синих шаров, а самые теплые интервалы - красными шарами5. Это достигается путем изменения числового значения красного цвета в значениях цвета «Красный», «Зеленый», «Синий» (RGB), в то время как значения «Зеленый» и «Синий» остаются постоянными. Красное значение колеблется от 0 до 200 в зависимости от оценок температуры поверхности моря, при этом более высокие температуры соответствуют большему красному значению. Размер каждого шара масштабируется в соответствии с изотопным составом азота планктонных фораминифер, который связан с количеством питательных веществ и углерода, потребляемых фитопланктоном4. Размер каждого шара колеблется от 1 до 10, причем большие размеры соответствуют более высоким значениям изотопов азота. Скорость каждого шара, когда он движется по экрану, масштабируется до скорости изменения климата, оцениваемой как количество ледниковых и межледниковых периодов в интервале времени, деленное на количество лет каждого интервала, с ледниковыми и межледниковыми границами, как определено в Lisiecki & Raymo11.
Рисунок 5 и Рисунок 6 (Видео 5 и Видео 6) основаны на прогнозах среднегодовых температур для Нью-Йорка, Нью-Йорк7. Местоположение Нью-Йорка было выбрано потому, что это ближайший город с доступными данными к месту установки проекции. Как на рисунке 5 (Видео 5), так и на рисунке 6 (Видео 6) цвет масштабируется в соответствии с оценками температуры, при этом более низкие температуры отмечены большими значениями зеленого цвета в десятичном коде RGB, в то время как значения красного и синего цветов остаются постоянными, что приводит к более оранжевой окраске. Будущие анимации полагаются на генерацию случайных чисел для определения размера и скорости каждого шара, поскольку эти параметры необходимы для создания этих визуализаций, но соответствующие числовые значения остаются неопределенными в будущих прогнозах. Рисунок 5 (Видео 5), сгенерированный с помощью кода «Накопление», аналогичен визуальным эффектам MPT; Шары имеют полупрозрачные хвосты, и непрерывное движение шаров по холсту приводит к накоплению цвета. Рисунок 6 (Видео 6), созданный с помощью кода «Переход», представляет собой более простой визуальный элемент без хвостов, вместо этого показывающий только контур шаров, движущихся по черному фону.
Формат продукта позволяет настраивать и представлять данные несколькими способами. Экранные записи анимаций, сгенерированных с помощью этого кода, используются для создания иммерсивных экспонатов научной коммуникации путем простого подключения компьютера или ноутбука к проектору и настройки подходящего пространства для отображения. Иммерсивные и интерактивные экспонаты создаются путем постановки галереи с несколькими проекторами, мольбертами, пенопластовыми досками, приставным столиком с микроскопом, глубоководной грязью и микроокаменелостями для изучения гостями (рис. 7 и рис. 8). Эта галерея обеспечивает направленный поток пешеходов, где посетители входят в комнату с четырьмя пенопластовыми досками, поддерживаемыми мольбертами. Каждая доска служит холстом для проецирования одного из визуальных элементов MPT 4,5 (рис. 7). Когда зритель входит в комнату, за проекциями MPT, другой проектор отображает визуальные эффекты будущего на стенах и полу галереи, приглашая зрителя «прогуляться в будущее» (рис. 8). Помимо проекции будущего, установлен стол с препарирующим микроскопом, предметными стеклами микроскопа, содержащими ископаемый планктон и глубоководные отложения, а также информацией, объясняющей, как ученые используют глубоководную грязь для понимания прошлого климата и уточнения будущих климатических прогнозов. В конечном счете, эта работа преобразует электронные таблицы океанографических и климатических данных в графику, которая служит основой иммерсивной инсталляции, приглашая аудиторию прогуляться по геологическому времени и стать свидетелями изменения климата из-за природных и антропогенных факторов.
Рисунок 1: Изображение, сгенерированное из данных и кода MPT 1. Это показывает самый ранний временной отрезок (~ 1,2-1,118 миллиона лет назад) до ледниково-межледникового удлинения и ледникового похолодания. Шары представляют собой уникальные значения данных, где значения цвета RGB масштабируются до оценок температуры поверхности моря на основе алкенона 5, а размер увеличивается в зависимости от изотопного состава азота фораминифер4, что связано со способностью первичных производителей в океане поглощать углеродна участке IODP U1475. Это неподвижное изображение, взятое из видео 1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Изображение, сгенерированное из данных и кода MPT 2. Это показывает второй самый ранний отрезок времени (~ 1,112-1,06 миллиона лет назад), который непосредственно предшествует ледниково-межледниковому удлинению и ледниковому похолоданию. Шары представляют собой уникальные значения данных, где значения цвета RGB масштабируются до оценок температуры поверхности моря на основе алкенона 5, а размер увеличивается в зависимости от изотопного состава азота фораминифер4, что связано со способностью первичных производителей в океане поглощать углеродна участке IODP U1475. Это неподвижное изображение, взятое из Видео 2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Изображение, сгенерированное из данных и кода MPT 3. Это показывает второй последний отрезок времени, когда ледниково-межледниковые циклы удлиняются (от ~ 1,06 миллиона до 900 000 лет назад). Шары представляют собой уникальные значения данных, где значения цвета RGB масштабируются до оценок температуры поверхности моря на основе алкенона 5, а размер увеличивается в зависимости от изотопного состава азота фораминифер4, что связано со способностью первичных производителей в океане поглощать углеродна участке IODP U1475. Это неподвижное изображение, взятое из видео 3. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Изображение, сгенерированное из данных и кода MPT 4. Это показывает самый последний отрезок времени, когда более длительные ледниково-межледниковые циклы были более устоявшимися (~ 900 000-600 000 лет назад). Шары представляют собой уникальные значения данных, где значения цвета RGB масштабируются до оценок температуры поверхности моря на основе алкенона 5, а размер увеличивается в зависимости от изотопного состава азота фораминифер4, что связано со способностью первичных производителей в океане поглощать углеродна участке IODP U1475. Это неподвижное изображение, взятое из видео 4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Изображение накопления, сгенерированное из будущих данных и кода. Это показывает модельный прогноз будущего антропогенного потепления, основанный на оценках температуры средних значений модели RCP 8.5 для Нью-Йорка, штат Нью-Йорк7. Размер и скорость рандомизированы как способность первичных производителей в океане поглощать углерод, а скорость изменения климата неопределенна. Это неподвижное изображение, взятое из видео 5. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6: Изображение перехода, сгенерированное из данных и кода Future. Это показывает модельный прогноз будущего антропогенного потепления, основанный на оценках температуры средних значений модели RCP 8.5 для Нью-Йорка, штат Нью-Йорк7. Размер и скорость рандомизированы как способность первичных производителей в океане поглощать углерод, а скорость изменения климата неопределенна. Это неподвижное изображение, взятое из видео 6. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 7: Изображение четырехпанельной проекционной установки, в которой данные MPT отображаются за просмотрщиком и информационным столом с подсветкой. Здесь показана часть установки, когда зритель входит в комнату, где представлены самые ранние данные MPT. Видео 1, Видео 2, Видео 3 и Видео4 индивидуально проецируются на каждую панель в порядке слева направо. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 8: Изображение иммерсивной проекции на стену. Это показывает, как зрители проходят мимо анимации будущих оценок температуры из средних значений модели RCP 8.5 для Нью-Йорка, штат Нью-Йорк7. В этой анимации (видео 5) значение зеленого цвета RGB было значительно увеличено, что привело к более желтому изображению. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Видео 1: Анимация, сгенерированная из данных и кода MPT 1. Это показывает записанное на экране видео анимации, сгенерированное из данных и кода MPT 1. Это соответствует самому раннему временному отрезку (~1,2-1,118 млн. лет назад) до ледниково-межледникового удлинения и ледникового похолодания. Шары представляют собой уникальные значения данных, в которых значения цвета RGB масштабируются до оценок температуры поверхности моря на основе алкенонов5, а размер увеличивается в зависимости от изотопного состава азота фораминифер4, что связано со способностью первичных производителей в океане поглощать углерод на участке IODP U1475. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Видео 2: Анимация, сгенерированная из данных и кода MPT 2. Здесь показано записанное на экране видео анимации, сгенерированное из данных и кода MPT 2. Это соответствует второму самому раннему отрезку времени (~ 1,112-1,06 миллиона лет назад), который непосредственно предшествует ледниково-межледниковому удлинению и ледниковому похолоданию. Шары представляют собой уникальные значения данных, где значения цвета RGB масштабируются до оценок температуры поверхности моря на основе алкенона 5, а размер увеличивается в зависимости от изотопного состава азота фораминифер4, что связано со способностью первичных производителей в океане поглощать углеродна участке IODP U1475. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Видео 3: Анимация, сгенерированная из данных и кода MPT 3. Это показывает записанное на экране видео анимации, сгенерированное из данных и кода MPT 3. Это соответствует второму последнему отрезку времени, когда ледниково-межледниковые циклы удлиняются (~ 1,06 миллиона до 900 000 лет назад). Шары представляют собой уникальные значения данных, где значения цвета RGB масштабируются до оценок температуры поверхности моря на основе алкенона 5, а размер увеличивается в зависимости от изотопного состава азота фораминифер4, что связано со способностью первичных производителей в океане поглощать углеродна участке IODP U1475. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Видео 4: Анимация, сгенерированная из данных и кода MPT 4. Это показывает записанное на экране видео анимации, сгенерированное из данных и кода MPT 4. Это соответствует самому последнему отрезку времени, когда более длительные ледниково-межледниковые циклы были более устоявшимися (~ 900 000-600 000 лет назад). Шары представляют собой уникальные значения данных, где значения цвета RGB масштабируются до оценок температуры поверхности моря на основе алкенона 5, а размер увеличивается в зависимости от изотопного состава азота фораминифер4, что связано со способностью первичных производителей в океане поглощать углеродна участке IODP U1475. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Видео 5: Анимация накопления, сгенерированная из будущих данных и кода. Это показывает записанное на экране видео анимации, сгенерированное из данных и кода Future. Цвет масштабируется до модельной проекции будущего антропогенного потепления, основанной на оценках температуры средних значений модели RCP 8.5 для Нью-Йорка, штат Нью-Йорк7. Размер и скорость рандомизированы как способность первичных производителей в океане поглощать углерод, а скорость изменения климата неопределенна. В коде разрешен хвост, что приводит к накоплению цвета. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Видео 6: Анимация перехода, созданная на основе данных и кода Future. Это показывает записанное на экране видео анимации, сгенерированное из данных и кода Future. Цвет масштабируется до модельной проекции будущего антропогенного потепления, основанной на оценках температуры средних значений модели RCP 8.5 для Нью-Йорка, штат Нью-Йорк7. Размер и скорость рандомизированы как способность первичных производителей в океане поглощать углерод, а скорость изменения климата неопределенна. В коде не допускается наличие хвоста, что приводит к накоплению цвета. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить это видео.
Дополнительный рисунок 1: Изображение программного обеспечения для кодирования и кода, определяющего переменные, которые будут связаны с данными или использоваться для настройки визуальных параметров. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 2: Изображение программного обеспечения для кодирования и кода, который загружает данные в рабочую область. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 3: Изображение программного обеспечения для кодирования и кода, который определяет визуальные параметры холста и применяет цикл for для связывания данных с конкретными визуальными характеристиками. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 4: Изображение программного обеспечения для кодирования и кода, который применяет цикл for для определения длины хвоста для каждого шара. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный рисунок 5: Изображение программного обеспечения для кодирования и кода, который рисует анимацию, применяя алгоритм шума Перлина для определения формы и движения визуальных эффектов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный файл кодирования 1: «Степени неопределенности_MPT 1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный файл кодирования 2: «Степени неопределенности» _MPT 2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный файл кодирования 3: «Степени неопределенности» _MPT 3. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный файл кодирования 4: «Степени неопределенности_MPT 4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Дополнительный файл кодирования 5: «Степени неопределенности» _Future. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Эта работа подчеркивает полезность генеративного искусства для научной коммуникации. Рабочий процесс можно использовать для преобразования существующих данных в элементы анимации. Хотя выходные данные анимации в этой работе уникальны тем, что каждый раз при запуске кода создается другая версия анимации, визуальные элементы масштабируются до данных геохимической и климатической модели; Таким образом, такие элементы, как цвет, скорость и размер, остаются постоянными до тех пор, пока входные данные остаются неизменными. Это также позволяет проводить прямое сравнение этих визуальных элементов, чтобы сделать выводы о данных.
Геохимические измерения глубоководных океанических отложений и модельные оценки будущего антропогенного потепления используются в алгоритме11 шума Перлина и преобразуются в иммерсивные установки. Анимация, полученная на основе палеоокеанографических данных, служит основой для сравнения для модельных оценок будущих температур. Глубоководные океанические отложения являются архивом прошлого климата и бесценным ресурсом для понимания климатической системы12,13. Визуальные эффекты генерируются с помощью алгоритма шума Перлина, выбранного из-за его способности плавно перемещать границу генерируемых фигур. Здесь алгоритм шума Перлина применяется к точкам, очерчивающим круг, в конечном итоге создавая органическую форму, которая плавно перемещается по фону. Круг выбран из-за его сходства по форме с поперечным сечением осадочного керна, а также сходства с ячейкой после добавления шума к контуру. Это создает органические формы, которые затрагивают природу этих геохимических записей, поскольку они происходят от морских первичных продуцентов или мелких организмов, которые фотосинтезируют и потребляют питательные вещества и углерод в океане13. Эти организмы изменяют глобальный климат за счет потребления углерода и регистрируют прошлые изменения в океане за счет сохранения климатических сигналов в химическом составе их раковин, которые сохраняются в океанских отложениях. Наслоение фигур или шаров в каждом визуальном изображении создает накопление цвета в анимации и намекает на сохранение этих палеоокеанографических записей, которые сохраняются за счет наслоения отложений в океанских бассейнах, что еще больше связывает визуальные эффекты с геологическими процессами.
Десятичный код «Красный, зеленый, синий» (RGB) используется для количественного масштабирования цвета с оценками температуры морских первичных производителей, которые измеряются на алкенонах или длинных углеродных цепях, структура которых изменяется в зависимости от температуры5. На этих изображениях красный и оранжевый цвета указывают на более высокие температуры. При масштабировании геохимических данных и будущих прогнозов используются различные цвета, поскольку используемые здесь данные не имеют прямого отношения (из-за характера доступных проекционных данных и регионов, представляющих интерес для авторов). В будущих итерациях цвет можно будет масштабировать аналогичным образом между всеми анимациями, чтобы обеспечить прямое сравнение данных.
Скорость шаров определяется относительной скоростью изменения климата, которая оценивается как количество ледниковых или межледниковых стадий, деленное на время в годах. Это рассчитывается путем подсчета количества ледниковых или межледниковых периодов в каждом интервале времени, причем каждый период определяется Лисецким и Раймо12. Прогнозы будущего (рис. 5 и рис . 6) имеют рандомизированные скорости, поскольку они не охватывают полный ледниковый или межледниковый цикл и отражают значительное отклонение от естественного ритма климата Земли . Между тем, рандомизация данных не ясна в визуальных эффектах и служит, возможно, скорее необходимым шагом в обеспечении того, чтобы визуальный элемент мог быть сделан даже при отсутствии данных, а не был важным символом неопределенности для зрителя. Безусловно, есть место для экспериментов в будущих итерациях о том, как передать неопределенность в более острых формах, поскольку неопределенность не является тривиальной в способности понять будущий климат.
Размер шаров зависит от изотопного состава азота ископаемого планктона, что является показателем поглощения питательных веществ и углерода первичными производителями, что может усугубить или смягчить изменение климата; Он был выбран потому, что представляет собой связь между биологией и глобальным климатом13. Остается неясным, в какой степени биология может компенсировать будущие повышения содержания углекислого газа в атмосфере, но включение этих данных в визуальные эффекты служит напоминанием о сложности климатической системы и пересечении биологии и геологии. Как и в случае со скоростью шаров, в прогнозах будущего для этой метрики не существует данных, поэтому при отсутствии данных используются рандомизированные скорости. Другие итерации этой работы могут заменить изотопный состав азота фораминифер изотопным составом кислорода бентических фораминифер, который, как предполагается, отражает глобальные изменения температуры и объема льда12. Несмотря на трудности в сопоставлении анимации прошлого и будущего, эта работа подчеркивает различия между природным и антропогенным изменением климата и служит полезным первым шагом в создании генеративного климатического искусства.
Чтобы интегрировать анимацию в осязаемый опыт, используются методы проекции для создания иммерсивной выставки, в которой гости проходят через геологическое время и в будущее. Важно отметить, что температурные прогнозы из сценариев RCP не имеют прямого отношения к прошлым температурам поверхности моря, а прокси из геологической летописи несовершенны и имеют свои собственные предубеждения. Тем не менее, эта работа обеспечивает основу для включения глубоководных геохимических записей и результатов климатических моделей в современное искусство, а также устраняет барьеры для входа в науку о климате.
Эта работа опирается на абстрактную интуицию аудитории, чтобы различать различия между этими дискретными подмножествами времени, предоставляя новые средства взаимодействия с научными данными. Не полагаясь на текст, аудио или фоновые знания, необходимые для точной интерпретации данных, зрители получают представление о масштабах и скорости изменения климата с помощью дискретных подмножеств времени с простыми элементами, такими как цвет и скорость, направляющими их интуицию. Эта работа не лишена ограничений; Как отмечалось выше, существуют явные расхождения в доступности, сопоставимости и местоположении данных. Несмотря на то, что мы ограничили эти анимации интересующими его регионами и периодами времени, этот протокол можно легко применить к данным из многих других мест, охватывающих разные промежутки времени, и использовать их в форматах, которые мы еще не исследовали. Кроме того, во время выставок этих анимаций зрителям помогали плакаты, микроскопы и краткие словесные объяснения, которые обеспечивали контекст, необходимый для понимания цели выставки. Хотя в этом исследовании не оценивалась эффективность этой стратегии в области научной коммуникации, в будущей работе было бы полезно провести опросы или анализ социальных исследований, чтобы оценить эффективность этих визуальных эффектов как в передаче климатических данных, так и в возбуждении любопытства у аудитории. Несмотря на эти ограничения, эта структура предоставляет средства для включения широкого спектра геологических и/или климатических данных в генеративное искусство, которое может быть интегрировано в цифровые и интерактивные форматы с целью научной коммуникации.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы признают, что в настоящее время не существует каких-либо известных конфликтов интересов
Acknowledgments
Мы хотели бы выразить признательность за поддержку, полученную от Джорджии Родс и Стюарта Коупленда в начале этого проекта - их поддержка и наставничество были необходимы для нашего успеха. Мы также хотели бы подчеркнуть полезность https://p5js.org/reference/ как ресурса в обучении программированию на JavaScript. Этот материал основан на работе, частично поддержанной Национальным научным фондом в рамках Соглашения о сотрудничестве EPSCoR #OIA-1655221 и их программой Vis-a-Thon, а также морским грантом Род-Айленда [NA23OAR4170086].
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Easel | Uline | H-1450SIL | Telescoping easel to hold foam core board |
| Foam Core Poster Board | Royal Brites | #753064 | Foam core board used as a canvas for projection |
| Live Server | Microsoft; Publisher: Ritwick Dey | Version 5.7.9 | Software extension for Visual Studio Code which allows for viewing of animations in a browser window. Downloaded at: https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=ritwickdey.LiveServer |
| Throw Projector | Optoma | 796435814076 | Any model throw projector which will work for projection surface/distance desired |
| Visual Studio Code | Microsoft | Version 1.74 for MAC OS | Software for code editing and execusion. Downloaded at : https://code.visualstudio.com/ |
References
- Anadol, R. efik Refik Anadol. , Refik Anadol Studio, LLC. refikanadol.com/information/ (2023).
- Lieberman, Z. Paint with your Feet. , YesYesNo. www.yesyesno.com/nike-collab-paint-with-your-feet (2011).
- Moore, F. C., Obradovich, N., Lehner, F., Baylis, P. Rapidly declining remarkability of temperature anomalies may obscure public perception of climate change. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (11), 4905-4910 (2019).
- Marcks, B. A. δ15N in planktonic foraminifera species G. bulloides and G. inflata from IODP Site 361-U1475. [Dataset]. PANGAEA. , (2022).
- Cartagena-Sierra, A. Latitudinal migrations of the subtropical front at the Agulhas plateau through the mid-Pleistocene transition. Paleoceanography and Paleoclimatology. 36 (7), e2020PA004084 (2021).
- Ford, H. L., Chalk, T. B.
- U.S. Climate Resilience Toolkit Climate Explorer. , U.S. Federal Government. Available from: https://crt-climate-explorer.nemac.org/ (2021).
- Stocker, T. IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. , Cambridge University Press. Cambridge. 1535 (2013).
- Starr, A., et al. Antarctic icebergs reorganize ocean circulation during Pleistocene glacials. Nature. 589 (7841), 236-241 (2021).
- Li, Q., McCarthy, L. L. P5.js. , p5js.org/ (2023).
- Perlin, K.
- Lisiecki, L. E., Raymo, M. E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records. Paleoceanography. 20 (1), PA1003 (2005).
- Robinson, R. S. Insights from fossil-bound nitrogen isotopes in diatoms, foraminifera, and corals. Annual Review of Marine Science. 15, 407-430 (2023).
