Summary
Qui viene presentato un protocollo per visualizzare i dati climatici come arte generativa.
Abstract
La capacità di comprendere il clima moderno si basa su una comprensione fondamentale della variabilità climatica passata e dei modi in cui il pianeta è stabilizzato da feedback interconnessi. Questo articolo presenta un metodo unico per tradurre le registrazioni delle transizioni climatiche passate conservate nei sedimenti di acque profonde a un vasto pubblico attraverso una visualizzazione immersiva. Questa visualizzazione è un'installazione multimediale che incorpora registrazioni geochimiche di transizioni glaciali e interglaciali e previsioni di modelli per il futuro riscaldamento antropogenico per creare un'esperienza immersiva per gli spettatori, invitandoli a impegnarsi e riflettere sulle sottili e sfumate differenze tra i sottoinsiemi della storia della Terra. Questo lavoro mostra cinque intervalli di tempo, a partire dall'inizio della moderna ciclicità glaciale-interglaciale (~ un milione di anni fa), confrontando il clima passato con i risultati del modello per il futuro riscaldamento antropogenico previsto (fino al 2099). L'installazione consiste in diverse proiezioni sperimentali, una per ogni sottoinsieme di tempo, visualizzate su superfici diverse in una stanza. Mentre gli spettatori si muovono attraverso lo spazio, le proiezioni passano lentamente attraverso diverse transizioni climatiche, utilizzando metodi di animazione come velocità, colore, stratificazione e ripetizione, tutti generati attraverso dati specifici del sito per trasmettere il comportamento unico del pianeta in relazione al clima globale. Questo lavoro fornisce un quadro per la visualizzazione di dati scientifici unici, con animazioni generative create utilizzando un algoritmo Perlin Noise al centro dell'installazione. Le variabili di ricerca, come la temperatura della superficie del mare, la dinamica dei nutrienti e il tasso di cambiamento climatico, influenzano i risultati formali come colore, scala e velocità di animazione, che sono tutti facili da manipolare e collegare a dati specifici. Questo approccio consente anche la possibilità di pubblicare dati online e fornisce un meccanismo per scalare i parametri visivi a un'ampia varietà di dati quantitativi e qualitativi.
Introduction
L'arte generativa e i metodi qui impiegati consentono la traduzione diretta di dati quantitativi in animazioni preservando l'integrità dei dati. Gli artisti usano l'arte generativa per esplorare le percezioni dello spazio e del tempo1,2, ma l'arte generativa non è ancora comunemente usata con dati scientifici spaziali o temporali. Il lavoro qui presentato fornisce un quadro semplice per l'utilizzo di prodotti visivi generativi per mostrare i dati climatici. Questi prodotti possono essere ampiamente applicati, sia che vengano utilizzati per creare mostre di persona o come aiuto visivo per una presentazione o una pubblicazione online.
L'utilizzo di misurazioni o stime geochimiche per scalare elementi come colore, forma, dimensioni e velocità fornisce un mezzo per trasmettere visivamente velocità e grandezze di cambiamento senza richiedere allo spettatore di leggere un documento, interpretare un grafico o guardare attraverso una tabella di dati. In alternativa, la randomizzazione delle variabili selezionate viene utilizzata per trasmettere una mancanza di dati o incertezza, come nel caso delle proiezioni future. La giustapposizione di passato geologico e futuro è forse parte integrante dell'efficacia di questi prodotti come strumenti di comunicazione scientifica. Le esperienze recenti spesso servono come base di confronto per i cambiamenti climatici moderni, rendendo difficile cogliere l'entità del cambiamento climatico antropogenico3.
Le misurazioni geochimiche visualizzate in questo articolo coprono la transizione del Pleistocene medio (MPT; da 1,2 milioni a 600.000 anni fa), registrando i cambiamenti vicino al confine settentrionale dell'Oceano Antartico dal sito U1475 4,5 dell'International Ocean Discovery Program. I dati MPT sono presentati in quattro animazioni, che evidenziano i cambiamenti nelle condizioni oceaniche man mano che il pianeta si raffredda e la variabilità glaciale e interglaciale è amplificata6. Ciò fornisce una linea di base geologica che rivela il ritmo naturale del clima terrestre, sottolineando una tendenza al raffreddamento a lungo termine che contrasta nettamente le proiezioni climatiche future. Le stime future della temperatura sono valori medi dei risultati di 20 modelli climatici sotto le forzanti del Representative Carbon Pathway 8.5 (RCP 8.5; scenario con un forzante radiativo di 8,5 W / m2 nell'anno 2100) per la posizione New York, NY7. RCP 8.5 rappresenta lo scenario peggiore di emissioni sostenute con conseguente aumento di 3,7 °C della temperatura media globale entro il 21008. Pertanto, questo articolo dimostra un mezzo per confrontare le proiezioni future con i dati geologici per confrontare i tassi di cambiamento climatico e la variabilità climatica.
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Protocol
1. Riproduzione delle visualizzazioni esistenti
- Scarica il software di codifica e visualizzazione (vedi Tabella dei materiali).
- Scarica i dati e il codice. Questo articolo utilizza "gradi di incertezza" con i dati di Marcks et al.4 e Cartagena-Sierra et al.5 sul modello di età di Starr et al.9.
NOTA: i "gradi di incertezza" contengono cinque file di codifica, Supplementary Coding File 1, Supplementary Coding File 2, Supplementary Coding File 3, Supplementary Coding File 4 e Supplementary Coding File 5, con contenuti relativi a ciascun periodo di visualizzazione (MPT 1, MPT 2, MPT 3, MPT 4 e Future, rispettivamente). Ognuno di questi contiene librerie di codifica10 utilizzate per le visualizzazioni e cartelle "Script" contenenti dati scaricati in formato .csv, codice utilizzato per generare immagini "particle.js" e un file indice "index.html" che collega tutti i dati e il codice rilevanti insieme.
- Scarica i dati e il codice. Questo articolo utilizza "gradi di incertezza" con i dati di Marcks et al.4 e Cartagena-Sierra et al.5 sul modello di età di Starr et al.9.
- Apri il software di modifica del codice dai "gradi di incertezza".
- Trascinare un file (MPT 1, MPT 2, MPT 3 o MPT 4) nell'editor di codice per visualizzarlo.
- I file vengono visualizzati nel menu EXPLORER sul lato sinistro della finestra. Controllare la procedura per visualizzare i dati dalla cartella 'Future' nel passaggio 1.7.
- Nel menu EXPLORER, fare clic sulla cartella (MPT 1, MPT 2, MPT 3 o MPT 4) per visualizzare un menu a discesa, fare clic su script, quindi fare clic su index.html.
Nota : il codice viene visualizzato sul lato destro della finestra. - Fai clic con il pulsante sinistro del mouse sulla parte della finestra con il codice per 'index.html' e seleziona Apri con server live dal menu.
NOTA: viene visualizzata una finestra del browser Internet e inizia a riprodurre la visualizzazione. - La chiusura e la riapertura dell'editor di codice può essere necessaria tra le visualizzazioni quando si carica un oggetto visivo da un diverso sottoinsieme di tempo. Ripetere i passaggi 1.4-1.6 per ogni sottoinsieme di tempo.
- Per visualizzare la visualizzazione in base alle proiezioni future, aprire la cartella 'Future' sul computer e trascinare la cartella 'Accumulation' o 'Transition' nell'editor di codice. La differenza tra le animazioni è descritta nella sezione dei risultati.
- Selezionare il nome della cartella nella finestra EXPLORER e fare clic su index.html. Fai clic con il pulsante sinistro del mouse sulla parte della finestra con il codice per 'index.html' e seleziona Apri con server live dal menu.
NOTA: si apre una finestra del browser Internet e inizia a riprodurre la visualizzazione, che può essere salvata localmente su un computer mediante registrazione dello schermo.
2. Modifica delle visualizzazioni
NOTA: per modificare le visualizzazioni, seguire i passaggi 1.1-1.4 riportati sopra, se necessario, per caricare i dati pertinenti.
- Selezionare la cartella di interesse nella finestra EXPLORER dell'editor di codice e aprire il file di script principale facendo clic su sketch.js.
NOTA: Il file 'sketch.js' nel MPT 1 (Supplementary Coding File 1) contiene le annotazioni più dettagliate; Pertanto, questo file potrebbe essere il più utile per familiarizzare con il codice.- Il codice viene visualizzato sul lato destro della finestra dell'editor di codice. Eseguire eventuali modifiche ai parametri di visualizzazione all'interno di questo codice. Cercare le annotazioni del codice con descrizioni dettagliate del codice e della sua funzione dopo le doppie barre "//" e ulteriormente identificate da testo verde (Figura supplementare 1).
- Definire le variabili che verranno collegate ai dati o utilizzate per personalizzare i parametri visivi (Figura supplementare 1).
- Caricare i dati nell'area di lavoro (Figura supplementare 2).
- Definire i parametri visivi dell'area di disegno. Utilizzare un ciclo 'for' per collegare i dati a caratteristiche specifiche; qui, la dimensione è legata al valore isotopico dell'azoto 'd15N' (figura supplementare 3).
- Usa un anello for per definire una lunghezza della coda per ogni sfera. La coda si riferisce al periodo di tempo in cui le sfere rimangono sullo schermo dopo essere apparse, creando un accumulo di colore man mano che la visuale progredisce (Figura supplementare 4).
NOTA: Qui, la lunghezza della coda è scalata al tasso di accumulo del c37 degli alchenoni. - Infine, disegnate l'animazione, applicando un algoritmo Perlin Noise11 per definire la forma degli elementi visivi (Figura supplementare 5).
NOTA: in questo caso, un cerchio viene utilizzato come forma di base con il rumore applicato ai punti lungo la circonferenza del cerchio. Questi "muoveranno" il confine del cerchio, producendo una forma organica simile a una sfera che si discosta da un cerchio in una quantità definita dal comando "wiggle". - Modificare il codice in base alle esigenze utilizzando le annotazioni per facilitare le modifiche.
3. Salvataggio delle modifiche
- Salva le modifiche premendo contemporaneamente i tasti Comando e S .
- Visualizza gli oggetti visivi aggiornati accedendo al file "index.html" nella finestra EXPLORER, facendo clic con il pulsante sinistro del mouse e selezionando Apri con server live dal menu.
NOTA: si apre una finestra del browser Internet e inizia a riprodurre la visualizzazione, che può essere salvata localmente sul computer mediante la registrazione dello schermo.
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Representative Results
Questo lavoro produce sei visualizzazioni corrispondenti a cinque intervalli unici di tempo geologico, con aspetti visivi scalati a dati quantitativi misurati su sedimenti di acque profonde (Figura 1, Figura 2, Figura 3, Figura 4, Video 1, Video 2, Video 3 e Video 4) o modellati dagli scenari RCP dell'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (Figura 5 e Figura 6 ). Ogni visualizzazione è unica e generativa, il che significa che gli stessi dati di input producono output visivi leggermente diversi ogni volta che il codice viene eseguito a causa della randomizzazione di variabili come la traiettoria delle particelle e i limiti di forma. In ogni visualizzazione, le sfere create da un algoritmo Perlin Noise applicate ai punti attorno a un cerchio attraversano uno sfondo nero con code semitrasparenti che registrano le loro traiettorie. Le sfere continuano a muoversi attraverso lo schermo indefinitamente, accumulando infine colore sullo sfondo nero.
Nella Figura 1, nella Figura 2, nella Figura 3 e nella Figura 4, generate dal codice in MPT 1-4 (Supplementary Coding File 1, Supplementary Coding File 2, Supplementary Coding File 3 e Supplementary Coding File 4), elementi quali colore, dimensioni e velocità sono scalati quantitativamente alle stime della temperatura della superficie del mare, della composizione isotopica dell'azoto e del tasso di cambiamento climatico in base alle misurazioni geochimiche dei sedimenti di acque profonde. Il colore varia dal blu al rosso, con gli intervalli più freddi segnati dalla maggiore abbondanza di sfere blu e gli intervalli più caldi dominati dalle sfere rosse5. Questa operazione viene eseguita modificando il valore numerico di Rosso nei valori di colore Rosso, Verde, Blu (RGB), mentre i valori Verde e Blu vengono mantenuti costanti. Il valore del rosso varia tra 0-200 a seconda delle stime della temperatura superficiale del mare, con temperature più elevate corrispondenti a un valore rosso maggiore. La dimensione di ciascuna sfera è scalata alla composizione isotopica dell'azoto dei foraminiferi planctonici, che è correlata alla quantità di nutrienti e carbonio consumati dal fitoplancton4. La dimensione di ciascuna sfera varia tra 1-10, con dimensioni maggiori corrispondenti a valori isotopici di azoto più elevati. La velocità di ogni globo mentre si muove attraverso lo schermo è scalata al tasso di cambiamento climatico, stimato come il numero di periodi glaciali e interglaciali all'interno di un intervallo di tempo diviso per il numero di anni in cui si estende ogni intervallo, con confini glaciali e interglaciali come definito in Lisiecki & Raymo11.
Figura 5 e la Figura 6 (Video 5 e Video 6) derivano dalle proiezioni delle temperature medie annuali per New York, NY7. La posizione di New York è stata selezionata in quanto è la città più vicina con dati disponibili per la posizione dell'installazione di proiezione. Sia la Figura 5 (Video 5) che la Figura 6 (Video 6) scalano il colore in base alle stime della temperatura, con temperature più fredde contrassegnate da valori verdi maggiori nel codice decimale RGB, mentre i valori di colore rosso e blu rimangono costanti, risultando in una colorazione più arancione. Le animazioni future si basano sulla generazione di numeri casuali per determinare la dimensione e la velocità di ciascuna sfera, poiché questi parametri sono necessari per creare queste visualizzazioni, ma i valori numerici corrispondenti rimangono incerti nelle proiezioni future. La Figura 5 (Video 5), generata con il codice 'Accumulation', è un'animazione simile agli elementi visivi MPT; Le sfere hanno code semitrasparenti e il movimento continuo delle sfere attraverso la tela si traduce in un accumulo di colore. La Figura 6 (Video 6), creata con il codice 'Transition', è un'immagine più semplice senza code, che mostra invece solo il contorno delle sfere che si muovono su uno sfondo nero.
Il formato del prodotto consente la personalizzazione e la presentazione dei dati in diversi modi. Le registrazioni dello schermo delle animazioni generate con questo codice vengono utilizzate per creare mostre di comunicazione scientifica immersiva semplicemente collegando un computer o un laptop a un proiettore e allestendo uno spazio di visualizzazione adatto. Le mostre immersive e interattive sono create mettendo in scena una galleria con diversi proiettori, cavalletti, pannelli di schiuma, un tavolino con un microscopio, fango di acque profonde e microfossili che gli ospiti possono esaminare (Figura 7 e Figura 8). Questa galleria consente un flusso direzionale del traffico pedonale, dove i visitatori entrano in una stanza con quattro tavole di schiuma sostenute da cavalletti. Ogni scheda funge da tela per proiettare una delle immagini MPT 4,5 (Figura 7). Mentre lo spettatore entra nella stanza, oltre le proiezioni MPT, un altro proiettore mostra le immagini del futuro attraverso le pareti e il pavimento della galleria, invitando lo spettatore a "camminare nel futuro" (Figura 8). Oltre la proiezione del futuro, viene allestito un tavolo con un microscopio da dissezione, vetrini da microscopio contenenti plancton fossile e sedimenti di acque profonde e informazioni che spiegano come gli scienziati usano il fango di acque profonde per comprendere il clima passato e perfezionare le proiezioni climatiche future. In definitiva, questo lavoro trasforma fogli di calcolo di dati oceanografici e climatici in grafici che fungono da base per un'installazione immersiva, invitando il pubblico a camminare attraverso il tempo geologico e testimoniare i nostri cambiamenti climatici dovuti a driver naturali e antropogenici.
Figura 1: Immagine generata da dati e codice MPT 1. Questo mostra il primo segmento temporale (~ 1,2-1,118 milioni di anni fa) prima dell'allungamento glaciale-interglaciale e del raffreddamento glaciale. Le sfere rappresentano valori di dati univoci, in cui i valori di colore RGB sono scalati alle stime della temperatura della superficie del mare basate sull'alchenone5 e le dimensioni aumentano in funzione della composizione isotopica dell'azoto dei foraminiferi4, che è correlata alla capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio nel sito IODP U1475. Questa è un'immagine fissa tratta dal Video 1. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 2: Immagine generata da dati e codice MPT 2. Questo mostra il secondo segmento di tempo più antico (~ 1,112-1,06 milioni di anni fa), che è immediatamente precedente all'allungamento glaciale-interglaciale e al raffreddamento glaciale. Le sfere rappresentano valori di dati univoci, in cui i valori di colore RGB sono scalati alle stime della temperatura della superficie del mare basate sull'alchenone5 e le dimensioni aumentano in funzione della composizione isotopica dell'azoto dei foraminiferi4, che è correlata alla capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio nel sito IODP U1475. Questa è un'immagine fissa tratta dal Video 2. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 3: Immagine generata da dati e codice MPT 3. Questo mostra il secondo ultimo segmento di tempo, quando i cicli glaciali-interglaciali si allungano (~ 1,06 milioni a 900.000 anni fa). Le sfere rappresentano valori di dati univoci, in cui i valori di colore RGB sono scalati alle stime della temperatura della superficie del mare basate sull'alchenone5 e le dimensioni aumentano in funzione della composizione isotopica dell'azoto dei foraminiferi4, che è correlata alla capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio nel sito IODP U1475. Questa è un'immagine fissa tratta dal Video 3. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 4: Immagine generata da dati e codice MPT 4. Questo mostra il segmento di tempo più recente, quando i cicli glaciali-interglaciali più lunghi erano più stabiliti (~ 900.000-600.000 anni fa). Le sfere rappresentano valori di dati univoci, in cui i valori di colore RGB sono scalati alle stime della temperatura della superficie del mare basate sull'alchenone5 e le dimensioni aumentano in funzione della composizione isotopica dell'azoto dei foraminiferi4, che è correlata alla capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio nel sito IODP U1475. Questa è un'immagine fissa tratta dal Video 4. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 5: Immagine di accumulo generata da dati e codice futuri. Questo mostra una proiezione del modello per il futuro riscaldamento antropogenico basata sulle stime della temperatura delle medie del modello RCP 8.5 per New York, NY7. Le dimensioni e la velocità sono randomizzate come la capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio e il tasso di cambiamento climatico è incerto. Questa è un'immagine fissa tratta dal Video 5. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 6: Immagine di transizione generata da dati e codice futuri. Questo mostra una proiezione del modello per il futuro riscaldamento antropogenico basata sulle stime della temperatura delle medie del modello RCP 8.5 per New York, NY7. Le dimensioni e la velocità sono randomizzate come la capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio e il tasso di cambiamento climatico è incerto. Questa è un'immagine fissa tratta dal Video 6. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 7: Immagine dell'installazione di proiezione a quattro pannelli in cui i dati MPT vengono visualizzati dietro un visualizzatore e una tabella informativa illuminata. Questo mostra una parte dell'installazione, mentre il visualizzatore entra nella stanza in cui vengono presentati i primi dati MPT. Video 1, Video 2, Video 3 e Video4 vengono proiettati singolarmente su ciascun pannello, in ordine da sinistra a destra. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 8: Immagine della proiezione immersiva a parete. Questo mostra gli spettatori che passano davanti a un'animazione delle stime della temperatura futura dalle medie del modello RCP 8.5 per New York, NY7. In questa animazione (Video 5), il valore di colore RGB Green è stato aumentato in modo significativo, producendo una grafica più di colore giallo. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Video 1: Animazione generata da dati e codice MPT 1. Questo mostra un video registrato sullo schermo dell'animazione generata dai dati e dal codice MPT 1. Ciò corrisponde al segmento temporale più antico (~ 1,2-1,118 milioni di anni fa) prima dell'allungamento glaciale-interglaciale e del raffreddamento glaciale. Le sfere rappresentano valori di dati unici in cui i valori di colore RGB sono scalati alle stime della temperatura superficiale del mare basate sull'alchenone5 e le dimensioni aumentano in funzione della composizione isotopica dell'azoto dei foraminiferi4, che è correlata alla capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio nel sito IODP U1475. Clicca qui per scaricare questo video.
Video 2: Animazione generata da dati e codice MPT 2. Questo mostra un video registrato sullo schermo dell'animazione generata dai dati e dal codice MPT 2. Ciò corrisponde al secondo segmento di tempo più antico (~ 1,112-1,06 milioni di anni fa), che è immediatamente precedente all'allungamento glaciale-interglaciale e al raffreddamento glaciale. Le sfere rappresentano valori di dati univoci, in cui i valori di colore RGB sono scalati alle stime della temperatura della superficie del mare basate sull'alchenone5 e le dimensioni aumentano in funzione della composizione isotopica dell'azoto dei foraminiferi4, che è correlata alla capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio nel sito IODP U1475. Clicca qui per scaricare questo video.
Video 3: Animazione generata da dati e codice MPT 3. Questo mostra un video registrato sullo schermo dell'animazione generata dai dati e dal codice MPT 3. Ciò corrisponde al secondo ultimo segmento di tempo, quando i cicli glaciali-interglaciali si allungano (~ 1,06 milioni a 900.000 anni fa). Le sfere rappresentano valori di dati univoci, in cui i valori di colore RGB sono scalati alle stime della temperatura della superficie del mare basate sull'alchenone5 e le dimensioni aumentano in funzione della composizione isotopica dell'azoto dei foraminiferi4, che è correlata alla capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio nel sito IODP U1475. Clicca qui per scaricare questo video.
Video 4: Animazione generata da dati e codice MPT 4. Questo mostra un video registrato sullo schermo dell'animazione generata dai dati e dal codice MPT 4. Ciò corrisponde al segmento di tempo più recente, quando i cicli glaciali-interglaciali più lunghi erano più stabiliti (~ 900.000-600.000 anni fa). Le sfere rappresentano valori di dati univoci, in cui i valori di colore RGB sono scalati alle stime della temperatura della superficie del mare basate sull'alchenone5 e le dimensioni aumentano in funzione della composizione isotopica dell'azoto dei foraminiferi4, che è correlata alla capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio nel sito IODP U1475. Clicca qui per scaricare questo video.
Video 5: Animazione di accumulo generata da dati e codice futuri. Questo mostra un video registrato sullo schermo dell'animazione generata da dati e codice futuri. Il colore viene ridimensionato su una proiezione del modello per il futuro riscaldamento antropogenico basata sulle stime della temperatura delle medie del modello RCP 8.5 per New York, NY7. Le dimensioni e la velocità sono randomizzate come la capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio e il tasso di cambiamento climatico è incerto. Una coda è consentita nel codice, con conseguente accumulo di colore. Clicca qui per scaricare questo video.
Video 6: Animazione di transizione generata da dati e codice futuri. Questo mostra un video registrato sullo schermo dell'animazione generata da dati e codice futuri. Il colore viene ridimensionato su una proiezione del modello per il futuro riscaldamento antropogenico basata sulle stime della temperatura delle medie del modello RCP 8.5 per New York, NY7. Le dimensioni e la velocità sono randomizzate come la capacità dei produttori primari nell'oceano di assorbire carbonio e il tasso di cambiamento climatico è incerto. Nessuna coda è consentita nel codice, con conseguente nessun accumulo di colore. Clicca qui per scaricare questo video.
Figura supplementare 1: Immagine del software di codifica e del codice che definisce le variabili che verranno collegate ai dati o utilizzate per personalizzare i parametri visivi. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura supplementare 2: Immagine del software di codifica e del codice che carica i dati nell'area di lavoro. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura 3 supplementare: Immagine del software di codifica e del codice che definisce i parametri visivi dell'area di disegno e applica un ciclo for per collegare i dati a caratteristiche visive specifiche. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura 4 supplementare: Immagine del software di codifica e del codice che applica un ciclo for per definire una lunghezza di coda per ciascuna sfera. Clicca qui per scaricare questo file.
Figura 5 supplementare: Immagine del software di codifica e del codice che disegna l'animazione, applicando un algoritmo di rumore Perlin per definire la forma e il movimento delle immagini. Clicca qui per scaricare questo file.
Fascicolo di codifica supplementare 1: I "gradi di incertezza"_MPT 1. Clicca qui per scaricare questo file.
Fascicolo di codifica supplementare 2: I "gradi di incertezza"_MPT 2. Clicca qui per scaricare questo file.
Fascicolo di codifica supplementare 3: I "gradi di incertezza"_MPT 3. Clicca qui per scaricare questo file.
Fascicolo di codifica supplementare 4: I «gradi di incertezza»_MPT 4. Clicca qui per scaricare questo file.
Supplementary Coding File 5: I "gradi di incertezza"_Future. Clicca qui per scaricare questo file.
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Discussion
Questo lavoro evidenzia l'utilità dell'arte generativa ai fini della comunicazione della scienza. Il flusso di lavoro può essere utilizzato per convertire i dati esistenti in elementi all'interno di un'animazione. Mentre gli output dell'animazione di questo lavoro sono unici in quanto ogni volta che il codice viene eseguito viene creata una versione diversa dell'animazione, gli elementi visivi vengono ridimensionati ai dati geochimici e del modello climatico; Pertanto, elementi come colore, velocità e dimensioni rimangono costanti, purché i dati di input rimangano gli stessi. Ciò consente anche il confronto diretto di questi elementi visivi per trarre conclusioni sui dati.
Le misurazioni geochimiche dai sedimenti oceanici profondi e le stime dei modelli per il futuro riscaldamento antropogenico vengono utilizzate all'interno di un algoritmo Perlin Noise11 e trasformate in installazioni immersive. Le animazioni generate dai dati paleoceanografici servono come base di confronto per le stime del modello delle temperature future. I sedimenti oceanici profondi sono un archivio del clima passato e una risorsa inestimabile per comprendere il sistema climatico12,13. Le immagini sono generate con un algoritmo Perlin Noise, selezionato per la sua capacità di spostare uniformemente il confine delle forme generate. Qui, un algoritmo Perlin Noise viene applicato ai punti che delineano un cerchio, creando infine una forma organica che si muove uniformemente sullo sfondo. Il cerchio viene selezionato per la sua somiglianza nella forma con la sezione trasversale di un nucleo di sedimenti, così come la somiglianza con una cella una volta che il rumore viene aggiunto al contorno. Questo genera forme organiche che toccano la natura di questi documenti geochimici in quanto provengono da produttori primari marini o piccoli organismi che fotosintetizzano e consumano nutrienti e carbonio nell'oceano13. Questi organismi cambiano il clima globale attraverso il consumo di carbonio e registrano i cambiamenti passati nell'oceano attraverso la conservazione dei segnali climatici nella composizione chimica dei loro gusci, che sono conservati nei sedimenti oceanici. La stratificazione di forme, o sfere, in ogni immagine crea un accumulo di colore all'interno delle animazioni e suggerisce la conservazione di queste registrazioni paleoceanografiche, che sono preservate attraverso la stratificazione dei sedimenti all'interno dei bacini oceanici, legando ulteriormente le immagini ai processi geologici.
Il codice decimale Red, Green, Blue (RGB) viene utilizzato per scalare quantitativamente il colore con stime di temperatura da produttori primari marini che vengono misurati su alchenoni o lunghe catene di carbonio la cui struttura varia con la temperatura5. In queste immagini, i colori rosso e arancione indicano temperature più calde. Diversi colori sono utilizzati nel ridimensionamento dei dati geochimici e delle proiezioni future in quanto i dati utilizzati qui non sono direttamente riconoscibili (a causa della natura dei dati di proiezione disponibili e delle regioni di interesse per gli autori). Nelle iterazioni future, il colore può essere ridimensionato in modo simile tra tutte le animazioni per consentire il confronto diretto dei dati.
La velocità delle sfere è definita dal tasso relativo di cambiamento climatico, stimato come il numero di stadi glaciali o interglaciali diviso per il tempo in anni. Questo viene calcolato contando il numero di periodi glaciali o interglaciali in ciascun intervallo di tempo, con ogni periodo definito da Lisiecki & Raymo12. Le proiezioni future (Figura 5 e Figura 6) hanno velocità randomizzate in quanto non coprono un ciclo glaciale o interglaciale completo e riflettono una deviazione significativa dal ritmo naturale del clima terrestre. Nel frattempo, la randomizzazione dei dati non è chiara nelle immagini e serve forse più come un passo necessario per garantire che un visual possa essere realizzato anche in assenza di dati, piuttosto che essere un simbolo significativo di incertezza per lo spettatore. C'è certamente spazio per sperimentare in future iterazioni su come trasmettere l'incertezza in forme più toccanti, poiché l'incertezza non è banale nella capacità di comprendere il clima futuro.
La dimensione delle sfere dipende dalla composizione isotopica dell'azoto del plancton fossile, un proxy per l'assorbimento di nutrienti e carbonio da parte dei produttori primari, che può esacerbare o mitigare i cambiamenti climatici; È stato scelto in quanto rappresenta un legame tra biologia e clima globale13. Rimane incerto fino a che punto la biologia possa essere in grado di compensare i futuri aumenti di anidride carbonica atmosferica, ma l'incorporazione di questi dati nelle immagini serve a ricordare la complessità del sistema climatico e l'intersezione tra biologia e geologia. Analogamente alla velocità delle sfere, nelle proiezioni future, non esistono dati per questa metrica, quindi vengono utilizzate velocità casuali in assenza di dati. Altre iterazioni di questo lavoro possono sostituire la composizione isotopica dell'azoto dei foraminiferi con la composizione isotopica dell'ossigeno dei foraminiferi bentonici, che si presume rifletta i cambiamenti globali della temperatura e del volume del ghiaccio12. Nonostante le sfide nel giustapporre animazioni di passato e futuro, questo lavoro evidenzia le differenze tra cambiamenti climatici naturali e antropogenici e serve come primo passo utile nella creazione di arte climatica generativa.
Al fine di integrare le animazioni in esperienze tangibili, le tecniche di proiezione vengono utilizzate per creare una mostra immersiva in cui gli ospiti camminano attraverso il tempo geologico e nel futuro. È importante notare che le proiezioni di temperatura degli scenari RCP non sono direttamente correlate alle temperature superficiali del mare passate e i proxy della documentazione geologica sono imperfetti e hanno i loro pregiudizi. Tuttavia, questo lavoro fornisce una base per l'inclusione di registrazioni geochimiche in acque profonde e risultati di modelli climatici nell'arte moderna, eliminando al contempo le barriere di ingresso alla scienza del clima.
Questo lavoro si basa sull'intuizione astratta del pubblico per discernere le differenze tra questi sottoinsiemi discreti di tempo, fornendo un nuovo mezzo di coinvolgimento con i dati scientifici. Senza fare affidamento su testo, audio o le conoscenze di base necessarie per interpretare accuratamente i dati, gli spettatori acquisiscono un senso per l'entità e il tasso del cambiamento climatico attraverso sottoinsiemi discreti di tempo con elementi semplici come il colore e la velocità che guidano la loro intuizione. Questo lavoro non è privo di limitazioni; Come notato sopra, esistono chiare discrepanze nella disponibilità, nella comparabilità e nella posizione dei dati. Sebbene abbiamo limitato queste animazioni alle regioni e ai periodi di interesse dell'autore, questo protocollo può essere facilmente applicato ai dati provenienti da molte più posizioni, che coprono diversi intervalli di tempo e condivisi in formati che non abbiamo ancora esplorato. Inoltre, durante le mostre di queste animazioni, gli spettatori sono stati aiutati da poster, display al microscopio e brevi spiegazioni verbali che hanno fornito un contesto essenziale per comprendere lo scopo della mostra. Sebbene questo studio non abbia valutato l'efficacia di questa strategia sulla comunicazione scientifica, il lavoro futuro trarrebbe beneficio da sondaggi o da un'analisi di studi sociali per valutare l'efficacia di queste immagini sia nel trasmettere dati climatici che nel suscitare una curiosità nel pubblico. Nonostante questi limiti, questo quadro fornisce un mezzo per incorporare una vasta gamma di dati geologici e / o climatici nell'arte generativa che possono essere integrati in formati digitali e interattivi ai fini della comunicazione scientifica.
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Disclosures
Gli autori riconoscono che al momento non esistono conflitti di interesse noti.
Acknowledgments
Vorremmo riconoscere il sostegno ricevuto da Georgia Rhodes e Stuart Copeland all'inizio di questo progetto: il loro incoraggiamento e tutoraggio sono stati essenziali per il nostro successo. Vorremmo anche evidenziare l'utilità di https://p5js.org/reference/ come risorsa per imparare a programmare in JavaScript. Questo materiale si basa sul lavoro sostenuto in parte dalla National Science Foundation nell'ambito dell'EPSCoR Cooperative Agreement #OIA-1655221 e dal loro programma Vis-a-Thon e dal Rhode Island Sea Grant [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
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