Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Utiliser l’art génératif pour transmettre les transitions climatiques passées et futures

Published: March 31, 2023 doi: 10.3791/65073
Automatic Translation
1, 2
1Graduate School of Oceanography, University of Rhode Island, 2Rhode Island School of Design

Summary

Ici, un protocole est présenté pour visualiser les données climatiques en tant qu’art génératif.

Abstract

La capacité de comprendre le climat moderne repose sur une compréhension fondamentale de la variabilité climatique passée et des façons dont la planète est stabilisée par des rétroactions interconnectées. Cet article présente une méthode unique pour traduire les enregistrements des transitions climatiques passées préservées dans les sédiments des grands fonds marins à un large public grâce à une visualisation immersive. Cette visualisation est une installation multimédia qui intègre des enregistrements géochimiques des transitions glaciaires et interglaciaires et modélise les prédictions du réchauffement anthropique futur afin de créer une expérience immersive pour les spectateurs, les invitant à s’engager et à réfléchir sur les différences subtiles et nuancées entre les sous-ensembles de l’histoire de la Terre. Ce travail présente cinq intervalles de temps, en commençant par le début de la cyclicité glaciaire-interglaciaire moderne (~ un million d’années), en comparant le climat passé avec les résultats des modèles pour le réchauffement anthropique futur projeté (jusqu’en 2099). L’installation consiste en plusieurs projections expérimentales, une pour chaque sous-ensemble de temps, affichées sur différentes surfaces dans une pièce. Au fur et à mesure que les spectateurs se déplacent dans l’espace, les projections passent lentement par différentes transitions climatiques, en utilisant des méthodes d’animation telles que la vitesse, la couleur, la superposition et la répétition, toutes générées par des données spécifiques au site pour transmettre le comportement unique de la planète en ce qui concerne le climat mondial. Ce travail fournit un cadre pour la visualisation de données scientifiques uniques, avec des animations génératives créées à l’aide d’un algorithme Perlin Noise au centre de l’installation. Les variables de recherche, telles que la température de surface de la mer, la dynamique des nutriments et le taux de changement climatique, ont un impact sur les résultats formels tels que la couleur, l’échelle et la vitesse d’animation, qui sont tous faciles à manipuler et à connecter à des données spécifiques. Cette approche permet également de publier des données en ligne et fournit un mécanisme pour mettre à l’échelle les paramètres visuels à une grande variété de données quantitatives et qualitatives.

Introduction

L’art génératif et les méthodes employées ici permettent la traduction directe de données quantitatives en animations tout en préservant l’intégrité des données. Les artistes utilisent l’art génératif pour explorer les perceptions de l’espace et du temps1,2, mais l’art génératif n’est pas encore couramment utilisé avec des données scientifiques spatiales ou temporelles. Le travail présenté ici fournit un cadre simple pour l’utilisation de produits visuels génératifs pour présenter les données climatiques. Ces produits peuvent être largement utilisés, qu’ils soient utilisés pour créer des expositions en personne ou comme aide visuelle pour une présentation ou une publication en ligne.

L’utilisation de mesures géochimiques ou d’estimations pour mettre à l’échelle des éléments tels que la couleur, la forme, la taille et la vitesse permet de transmettre visuellement les taux et les amplitudes de changement sans que le spectateur ait besoin de lire un article, d’interpréter un graphique ou de parcourir un tableau de données. Alternativement, la randomisation de variables sélectionnées est utilisée pour transmettre un manque de données ou une incertitude, comme dans le cas des projections futures. La juxtaposition du passé et du futur géologiques fait peut-être partie intégrante de l’efficacité de ces produits en tant qu’outils de communication scientifique. Les expériences récentes servent souvent de base de comparaison pour le changement climatique moderne, ce qui rend difficile la compréhension de l’ampleur du changement climatique anthropique3.

Les mesures géochimiques visualisées dans cet article couvrent la transition du milieu du Pléistocène (MPT; il y a 1,2 million à 600 000 ans), enregistrant les changements près de la limite nord de l’océan Austral à partir du site U1475 4,5 du Programme international de découverte de l’océan. Les données MPT sont présentées dans quatre animations, qui mettent en évidence les changements dans les conditions océaniques à mesure que la planète se refroidit et que la variabilité glaciaire et interglaciaire est amplifiée6. Cela fournit une base géologique révélant le rythme naturel du climat de la Terre, soulignant une tendance au refroidissement à long terme qui contraste fortement avec les projections climatiques futures. Les estimations de température futures sont des valeurs moyennes des résultats de 20 modèles climatiques sous les forçages de la voie représentative du carbone 8,5 (RCP 8,5; scénario avec un forçage radiatif de 8,5 W / m2 en 2100) pour l’emplacement New York, NY7. Le RCP 8.5 représente le pire scénario d’émissions soutenues entraînant une augmentation de 3,7 °C de la température moyenne mondiale d’ici 21008. Ainsi, cet article démontre un moyen de comparer les projections futures avec les données géologiques pour comparer les taux de changement climatique et la variabilité climatique.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Lecture des visualisations existantes

  1. Téléchargez un logiciel de codage et de visualisation (voir le tableau des matières).
    1. Téléchargez les données et le code. Cet article utilise des « degrés d’incertitude » avec des données de Marcks et al.4 et Cartagena-Sierra et al.5 sur le modèle d’âge de Starr et al.9.
      REMARQUE : Les « degrés d’incertitude » contiennent cinq fichiers de codage, le fichier de codage supplémentaire 1, le fichier de codage supplémentaire 2, le fichier de codage supplémentaire 3, le fichier de codage supplémentaire 4 et le fichier de codage supplémentaire 5, avec un contenu relatif à chaque période de visualisation (MPT 1, MPT 2, MPT 3, MPT 4 et futur, respectivement). Chacun d’entre eux contient des bibliothèques de codage10 utilisées pour les visualisations ainsi que des dossiers 'Script' contenant des données téléchargées dans .csv format, du code utilisé pour générer des visuels 'particule.js', et un fichier d’index 'index.html' qui relie toutes les données et le code pertinents ensemble.
  2. Ouvrez le logiciel d’édition de code à partir des « degrés d’incertitude ».
  3. Faites glisser un fichier (MPT 1, MPT 2, MPT 3 ou MPT 4) dans l’éditeur de code pour le visualiser.
    1. Les fichiers apparaissent dans le menu EXPLORATEUR sur le côté gauche de la fenêtre. Vérifiez la procédure de visualisation des données du dossier « Future » à l’étape 1.7.
  4. Dans le menu EXPLORER, cliquez sur le dossier (MPT 1, MPT 2, MPT 3 ou MPT 4) pour afficher un menu déroulant, cliquez sur script, puis cliquez sur index.html.
    Remarque : Le code apparaît sur le côté droit de la fenêtre.
  5. Cliquez avec le bouton gauche de la souris sur la partie de la fenêtre contenant le code pour 'index.html' et sélectionnez Ouvrir avec le serveur en direct dans le menu.
    Remarque : Une fenêtre de navigateur Internet s’ouvre et commence à lire la visualisation.
  6. La fermeture et la réouverture de l’éditeur de code peuvent être nécessaires entre les visualisations lors du chargement d’un visuel à partir d’un sous-ensemble de temps différent. Répétez les étapes 1.4 à 1.6 pour chaque sous-ensemble de temps.
  7. Pour afficher la visualisation en fonction des projections futures, ouvrez le dossier « Future » sur l’ordinateur et faites glisser le dossier « Accumulation » ou « Transition » dans l’éditeur de code. La différence entre les animations est décrite dans la section des résultats.
  8. Sélectionnez le nom du dossier dans la fenêtre EXPLORER et cliquez sur index.html. Cliquez avec le bouton gauche de la souris sur la partie de la fenêtre contenant le code de 'index.html' et sélectionnez Ouvrir avec le serveur en direct dans le menu.
    REMARQUE: Une fenêtre de navigateur Internet s’ouvre et commence à lire la visualisation, qui peut être enregistrée localement sur un ordinateur par enregistrement d’écran.

2. Modification des visualisations

REMARQUE: Pour modifier les visualisations, suivez les étapes 1.1-1.4 ci-dessus, si nécessaire, pour charger les données pertinentes.

  1. Sélectionnez le dossier qui vous intéresse dans la fenêtre EXPLORER de l’éditeur de code et ouvrez le fichier de script principal en cliquant sur sketch.js.
    NOTE: Le fichier 'sketch.js' dans le MPT 1 (Supplementary Coding File 1) contient les annotations les plus détaillées; Ainsi, ce fichier peut être le plus utile pour familiariser le code.
    1. Le code apparaît sur le côté droit de la fenêtre de l’éditeur de code. Effectuez toutes les modifications apportées aux paramètres de visualisation dans ce code. Recherchez les annotations de code avec des descriptions détaillées du code et de sa fonction après les barres obliques doubles « // » et identifiées par du texte vert (Figure supplémentaire 1).
    2. Définissez les variables qui seront liées aux données ou utilisées pour personnaliser les paramètres visuels (figure supplémentaire 1).
    3. Chargez les données dans l’espace de travail (Figure supplémentaire 2).
    4. Définissez les paramètres visuels de la zone de travail. Utilisez une boucle « for » pour lier les données à des caractéristiques spécifiques ; ici, la taille est liée à la valeur isotopique de l’azote 'd15N' (figure supplémentaire 3).
    5. Utilisez une boucle for pour définir une longueur de queue pour chaque orbe. La queue fait référence à la durée pendant laquelle les orbes restent à l’écran après leur apparition, créant une accumulation de couleurs au fur et à mesure que le visuel progresse (Figure supplémentaire 4).
      REMARQUE: Ici, la longueur de la queue est mise à l’échelle du taux d’accumulation des alcénones c37.
    6. Enfin, dessinez l’animation en appliquant un algorithme Perlin Noise11 pour définir la forme des visuels (Figure supplémentaire 5).
      REMARQUE: Ici, un cercle est utilisé comme forme de base avec le bruit appliqué aux points le long de la circonférence du cercle. Ceux-ci vont « bouger » la limite du cercle, donnant une forme organique semblable à un orbe qui s’écarte d’un cercle dans une quantité définie par la commande « wiggle ».
    7. Modifiez le code si nécessaire à l’aide d’annotations pour faciliter les modifications.

3. Enregistrement des modifications

  1. Enregistrez les modifications en appuyant simultanément sur les touches Commande et S .
  2. Affichez les visuels mis à jour en accédant au fichier 'index.html' dans la fenêtre EXPLORER, en cliquant avec le bouton gauche de la souris et en sélectionnant Ouvrir avec le serveur en direct dans le menu.
    REMARQUE: Une fenêtre de navigateur Internet s’ouvre et commence à lire la visualisation, qui peut être enregistrée localement sur l’ordinateur par enregistrement d’écran.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ce travail produit six visualisations correspondant à cinq intervalles uniques de temps géologique, avec des aspects visuels mis à l’échelle de données quantitatives mesurées sur des sédiments d’eau profonde (Figure 1, Figure 2, Figure 3, Figure 4, Vidéo 1, Vidéo 2, Vidéo 3 et Vidéo 4) ou modélisées à partir des scénarios du PCR du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) (Figure 5 et Figure 6). Chaque visualisation est unique et générative, ce qui signifie que les mêmes données d’entrée produisent des sorties visuelles légèrement différentes chaque fois que le code est exécuté en raison de la randomisation de variables telles que la trajectoire des particules et les limites de forme. Dans chaque visualisation, les orbes créés à partir d’un algorithme de bruit Perlin appliqué aux points autour d’un cercle traversent un fond noir avec des queues semi-transparentes enregistrant leurs trajectoires. Les orbes continuent de se déplacer indéfiniment à travers l’écran, accumulant finalement de la couleur sur le fond noir.

Dans la figure 1, la figure 2, la figure 3 et la figure 4, générées à partir du code MPT 1-4 (fichier de codage supplémentaire 1, fichier de codage supplémentaire 2, fichier de codage supplémentaire 3 et fichier de codage supplémentaire 4), des éléments tels que la couleur, la taille et la vitesse sont quantitativement mis à l’échelle pour estimer la température de surface de la mer, la composition isotopique de l’azote et le taux de changement climatique sur la base de mesures géochimiques des sédiments des grands fonds. La couleur varie du bleu au rouge, avec les intervalles les plus froids marqués par la plus grande abondance d’orbes bleus et les intervalles les plus chauds dominés par les orbes rouges5. Pour ce faire, modifiez la valeur numérique de Rouge dans les valeurs de couleur Rouge, Vert, Bleu (RVB), tandis que les valeurs Vert et Bleu sont maintenues constantes. La valeur rouge varie entre 0 et 200 en fonction des estimations de température de surface de la mer, les températures plus élevées correspondant à une valeur rouge supérieure. La taille de chaque orbe est mise à l’échelle de la composition isotopique de l’azote des foraminifères planctoniques, qui est liée à la quantité de nutriments et de carbone consommée par le phytoplancton4. La taille de chaque orbe varie entre 1 et 10, les plus grandes tailles correspondant à des valeurs isotopiques de l’azote plus élevées. La vitesse de chaque orbe lorsqu’il se déplace à travers l’écran est mise à l’échelle du taux de changement climatique, estimé comme le nombre de périodes glaciaires et interglaciaires dans un intervalle de temps divisé par le nombre d’années que chaque intervalle s’étend, avec les limites glaciaires et interglaciaires telles que définies dans Lisiecki & Raymo11.

Graphique 5 et la figure 6 (vidéo 5 et vidéo 6) proviennent des projections des températures moyennes annuelles pour New York, NY7. L’emplacement de New York a été choisi car c’est la ville la plus proche avec des données disponibles pour l’emplacement de l’installation de projection. La figure 5 (vidéo 5) et la figure 6 (vidéo 6) mettent à l’échelle les estimations de couleur en fonction de la température, avec des températures plus fraîches marquées par des valeurs vertes plus élevées dans le code décimal RVB, tandis que les valeurs de couleur rouge et bleu restent constantes, ce qui donne une coloration plus orange. Les animations futures reposent sur la génération de nombres aléatoires pour déterminer la taille et la vitesse de chaque orbe, car ces paramètres sont nécessaires pour créer ces visualisations, mais les valeurs numériques correspondantes restent incertaines dans les projections futures. La figure 5 (vidéo 5), générée avec le code 'Accumulation', est une animation similaire aux visuels MPT; Les orbes ont des queues semi-transparentes, et le mouvement continu des orbes à travers la toile entraîne une accumulation de couleur. La figure 6 (vidéo 6), créée avec le code 'Transition', est un visuel plus simple sans queue, montrant uniquement le contour des orbes se déplaçant sur un fond noir.

Le format du produit permet la personnalisation et la présentation des données de plusieurs façons. Les enregistrements d’écran des animations générées avec ce code sont utilisés pour créer des expositions de communication scientifique immersives en connectant simplement un ordinateur ou un ordinateur portable à un projecteur et en aménageant un espace d’affichage approprié. Des expositions immersives et interactives sont créées en mettant en scène une galerie avec plusieurs projecteurs, chevalets, panneaux de mousse, une table d’appoint avec un microscope, de la boue profonde et des microfossiles que les invités peuvent examiner (Figure 7 et Figure 8). Cette galerie permet un flux directionnel de circulation piétonnière, où les visiteurs entrent dans une salle avec quatre planches de mousse soutenues par des chevalets. Chaque planche sert de toile pour projeter l’un des visuels MPT 4,5 (Figure 7). Lorsque le spectateur entre dans la pièce, au-delà des projections MPT, un autre projecteur affiche les visuels Future sur les murs et le sol de la galerie, invitant le spectateur à « marcher dans le futur » (Figure 8). Au-delà de la projection future, une table est dressée avec un microscope à dissection, des lames de microscope contenant du plancton fossile et des sédiments d’eau profonde, et des informations expliquant comment les scientifiques utilisent la boue des grands fonds marins pour comprendre le climat passé et affiner les projections climatiques futures. En fin de compte, ce travail transforme des feuilles de calcul de données océanographiques et climatiques en graphiques qui servent de base à une installation immersive, invitant le public à se promener dans le temps géologique et à être témoin de nos changements climatiques dus à des facteurs naturels et anthropiques.

Figure 1
Figure 1 : Image générée à partir des données et du code MPT 1. Cela montre le segment temporel le plus ancien (~1,2-1,118 million d’années) avant l’allongement glaciaire-interglaciaire et le refroidissement glaciaire. Les orbes représentent des valeurs de données uniques, où les valeurs de couleur RVB sont mises à l’échelle pour estimer la température de surface de la mer basée sur les alcénones5, et la taille augmente en fonction de la composition isotopique de l’azote des foraminifères4, qui est liée à la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone sur le site IODP U1475. Il s’agit d’une image fixe tirée de la vidéo 1. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : Image générée à partir des données et du code MPT 2. Cela montre le deuxième segment de temps le plus ancien (~1,112-1,06 million d’années), qui est immédiatement avant l’allongement glaciaire-interglaciaire et le refroidissement glaciaire. Les orbes représentent des valeurs de données uniques, où les valeurs de couleur RVB sont mises à l’échelle pour estimer la température de surface de la mer basée sur les alcénones5, et la taille augmente en fonction de la composition isotopique de l’azote des foraminifères4, qui est liée à la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone sur le site IODP U1475. Il s’agit d’une image fixe tirée de la vidéo 2. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : Image générée à partir des données et du code MPT 3. Cela montre le deuxième dernier segment de temps, lorsque les cycles glaciaires-interglaciaires s’allongent (~1,06 million à 900 000 ans). Les orbes représentent des valeurs de données uniques, où les valeurs de couleur RVB sont mises à l’échelle pour estimer la température de surface de la mer basée sur les alcénones5, et la taille augmente en fonction de la composition isotopique de l’azote des foraminifères4, qui est liée à la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone sur le site IODP U1475. Il s’agit d’une image fixe tirée de la vidéo 3. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : Image générée à partir des données et du code MPT 4. Cela montre le segment de temps le plus récent, lorsque les cycles glaciaires-interglaciaires plus longs étaient plus établis (~900 000-600 000 ans). Les orbes représentent des valeurs de données uniques, où les valeurs de couleur RVB sont mises à l’échelle pour estimer la température de surface de la mer basée sur les alcénones5, et la taille augmente en fonction de la composition isotopique de l’azote des foraminifères4, qui est liée à la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone sur le site IODP U1475. Il s’agit d’une image fixe tirée de la vidéo 4. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 : Image d’accumulation générée à partir de données et de code futurs. Cela montre une projection du modèle pour le réchauffement anthropique futur basée sur les estimations de température des moyennes du modèle RCP 8.5 pour New York, NY7. La taille et la vitesse sont aléatoires en fonction de la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone, et le rythme du changement climatique est incertain. Il s’agit d’une image fixe tirée de la vidéo 5. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 6
Figure 6 : Image de transition générée à partir de données et de code futurs. Cela montre une projection du modèle pour le réchauffement anthropique futur basée sur les estimations de température des moyennes du modèle RCP 8.5 pour New York, NY7. La taille et la vitesse sont aléatoires en fonction de la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone, et le rythme du changement climatique est incertain. Il s’agit d’une image fixe tirée de la vidéo 6. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 7
Figure 7 : Image de l’installation de projection à quatre panneaux où les données MPT sont affichées derrière une visionneuse et un tableau d’information éclairé. Cela montre une partie de l’installation, lorsque le spectateur entre dans la pièce où les premières données MPT sont présentées. Les vidéos1, 2, 3 et 4sont projetées individuellement sur chaque panneau, dans l’ordre de gauche à droite. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 8
Figure 8 : Image de la projection murale immersive. Cela montre les téléspectateurs passant devant une animation des estimations de température futures à partir des moyennes du modèle RCP 8.5 pour New York, NY7. Dans cette animation (vidéo 5), la valeur de couleur RVB vert a été considérablement augmentée, ce qui donne un visuel plus jaune. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Vidéo 1 : Animation générée à partir des données et du code MPT 1. Cela montre une vidéo enregistrée à l’écran de l’animation générée à partir des données et du code MPT 1. Cela correspond au segment temporel le plus ancien (~1,2-1,118 million d’années) avant l’allongement glaciaire-interglaciaire et le refroidissement glaciaire. Les orbes représentent des valeurs de données uniques où, les valeurs de couleur RVB sont mises à l’échelle pour les estimations de température de surface de la mer basées sur les alcénones5, et la taille augmente en fonction de la composition isotopique de l’azote des foraminifères4, qui est liée à la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone sur le site IODP U1475. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Vidéo 2 : Animation générée à partir des données et du code MPT 2. Cela montre une vidéo enregistrée à l’écran de l’animation générée à partir des données et du code MPT 2. Cela correspond au deuxième segment de temps le plus ancien (~1,112-1,06 million d’années), qui précède immédiatement l’allongement glaciaire-interglaciaire et le refroidissement glaciaire. Les orbes représentent des valeurs de données uniques, où les valeurs de couleur RVB sont mises à l’échelle pour estimer la température de surface de la mer basée sur les alcénones5, et la taille augmente en fonction de la composition isotopique de l’azote des foraminifères4, qui est liée à la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone sur le site IODP U1475. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Vidéo 3 : Animation générée à partir des données et du code MPT 3. Cela montre une vidéo enregistrée à l’écran de l’animation générée à partir des données et du code MPT 3. Cela correspond au deuxième segment de temps le plus récent, lorsque les cycles glaciaires-interglaciaires s’allongent (~1,06 million à 900 000 ans). Les orbes représentent des valeurs de données uniques, où les valeurs de couleur RVB sont mises à l’échelle pour estimer la température de surface de la mer basée sur les alcénones5, et la taille augmente en fonction de la composition isotopique de l’azote des foraminifères4, qui est liée à la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone sur le site IODP U1475. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Vidéo 4 : Animation générée à partir des données et du code MPT 4. Cela montre une vidéo enregistrée à l’écran de l’animation générée à partir des données et du code MPT 4. Cela correspond au segment de temps le plus récent, lorsque les cycles glaciaires-interglaciaires plus longs étaient plus établis (~900 000-600 000 ans). Les orbes représentent des valeurs de données uniques, où les valeurs de couleur RVB sont mises à l’échelle pour estimer la température de surface de la mer basée sur les alcénones5, et la taille augmente en fonction de la composition isotopique de l’azote des foraminifères4, qui est liée à la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone sur le site IODP U1475. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Vidéo 5 : Animation d’accumulation générée à partir de données et de code futurs. Cela montre une vidéo enregistrée à l’écran de l’animation générée à partir des données et du code futurs. La couleur est mise à l’échelle d’une projection de modèle pour le réchauffement anthropique futur basée sur les estimations de température des moyennes du modèle RCP 8.5 pour New York, NY7. La taille et la vitesse sont randomisées en fonction de la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone, et le rythme du changement climatique est incertain. Une queue est autorisée dans le code, ce qui entraîne une accumulation de couleur. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Vidéo 6 : Animation de transition générée à partir de données et de code futurs. Cela montre une vidéo enregistrée à l’écran de l’animation générée à partir des données et du code futurs. La couleur est mise à l’échelle d’une projection de modèle pour le réchauffement anthropique futur basée sur les estimations de température des moyennes du modèle RCP 8.5 pour New York, NY7. La taille et la vitesse sont randomisées en fonction de la capacité des producteurs primaires dans l’océan à absorber le carbone, et le rythme du changement climatique est incertain. Aucune queue n’est autorisée dans le code, ce qui n’entraîne aucune accumulation de couleur. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.

Figure supplémentaire 1 : Image du logiciel de codage et des variables définissant le code qui seront liées aux données ou utilisées pour personnaliser les paramètres visuels. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Figure supplémentaire 2 : Image du logiciel de codage et du code qui charge les données dans l’espace de travail. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Figure supplémentaire 3 : Image du logiciel de codage et du code qui définit les paramètres visuels de la zone de dessin et applique une boucle for pour relier les données à des caractéristiques visuelles spécifiques. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Figure supplémentaire 4 : Image du logiciel de codage et du code qui applique une boucle for pour définir une longueur de queue pour chaque orbe. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Figure supplémentaire 5: Image du logiciel de codage et du code qui dessine l’animation, en appliquant un algorithme de bruit Perlin pour définir la forme et le mouvement des visuels. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Fichier de codage supplémentaire 1: Les « degrés d’incertitude»_MPT 1. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Fichier de codage supplémentaire 2: Les « degrés d’incertitude»_MPT 2. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Fichier de codage supplémentaire 3: Les « degrés d’incertitude»_MPT 3. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Fichier de codage supplémentaire 4: Les « degrés d’incertitude_MPT 4. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Fichier de codage supplémentaire 5: Les « degrés d’incertitude»_Future. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Ce travail met en évidence l’utilité de l’art génératif à des fins de communication scientifique. Le flux de travail peut être utilisé pour traduire des données existantes en éléments au sein d’une animation. Bien que les résultats de l’animation de ce travail soient uniques en ce sens que chaque fois que le code est exécuté, une version différente de l’animation est créée, les éléments visuels sont mis à l’échelle des données géochimiques et climatiques; Ainsi, des éléments tels que la couleur, la vitesse et la taille restent constants, tant que les données d’entrée restent les mêmes. Cela permet également la comparaison directe de ces éléments visuels pour tirer des conclusions sur les données.

Les mesures géochimiques des sédiments océaniques profonds et les estimations de modèles pour le réchauffement anthropique futur sont utilisées dans un algorithme de bruit Perlin11 et transformées en installations immersives. Les animations générées à partir de données paléocéanographiques servent de base de comparaison pour les estimations modélisées des températures futures. Les sédiments océaniques profonds sont une archive du climat passé et une ressource inestimable pour comprendre le système climatique12,13. Les visuels sont générés avec un algorithme Perlin Noise, sélectionné pour sa capacité à déplacer en douceur la limite des formes générées. Ici, un algorithme de bruit Perlin est appliqué aux points décrivant un cercle, créant finalement une forme organique qui se déplace en douceur à travers l’arrière-plan. Le cercle est choisi en raison de sa similitude de forme avec la section transversale d’une carotte de sédiment, ainsi que de la similitude avec une cellule une fois que le bruit est ajouté au contour. Cela génère des formes organiques qui touchent à la nature de ces enregistrements géochimiques car ils proviennent de producteurs primaires marins, ou de petits organismes qui photosynthétisent et consomment des nutriments et du carbone dans l’océan13. Ces organismes modifient le climat mondial par la consommation de carbone et enregistrent les changements passés dans l’océan grâce à la préservation des signaux climatiques dans la composition chimique de leurs coquilles, qui sont préservées dans les sédiments océaniques. La superposition de formes, ou orbes, dans chaque visuel crée une accumulation de couleurs dans les animations et fait allusion à la préservation de ces enregistrements paléocéanographiques, qui sont préservés par la stratification de sédiments dans les bassins océaniques, liant davantage les visuels aux processus géologiques.

Le code décimal rouge, vert, bleu (RVB) est utilisé pour mettre à l’échelle quantitativement la couleur avec des estimations de température provenant de producteurs primaires marins qui sont mesurés sur des alcénones, ou de longues chaînes carbonées dont la structure varie avec la température5. Dans ces visuels, les couleurs rouge et orange indiquent des températures plus chaudes. Différentes couleurs sont utilisées dans la mise à l’échelle des données géochimiques et des projections futures, car les données utilisées ici ne sont pas directement pertinentes (en raison de la nature des données de projection disponibles et des régions d’intérêt pour les auteurs). Dans les itérations futures, la couleur peut être mise à l’échelle de la même manière entre toutes les animations pour permettre la comparaison directe des données.

La vitesse des orbes est définie par le taux relatif de changement climatique, estimé comme le nombre de stades glaciaires ou interglaciaires divisé par le temps en années. Ceci est calculé en comptant le nombre de périodes glaciaires ou interglaciaires dans chaque intervalle de temps, chaque période étant définie par Lisiecki & Raymo12. Les projections futures (figure 5 et figure 6) ont des vitesses aléatoires car elles ne couvrent pas un cycle glaciaire ou interglaciaire complet et reflètent un écart significatif par rapport au rythme naturel du climat terrestre. Pendant ce temps, la randomisation des données n’est pas claire dans les visuels et sert peut-être plus comme une étape nécessaire pour s’assurer qu’un visuel peut être fait même en l’absence de données, plutôt que d’être un symbole significatif d’incertitude pour le spectateur. Il y a certainement de la place pour expérimenter dans les itérations futures sur la façon de transmettre l’incertitude sous des formes plus poignantes, car l’incertitude n’est pas triviale dans la capacité de comprendre le climat futur.

La taille des orbes dépend de la composition isotopique de l’azote du plancton fossile, un indicateur de l’absorption des nutriments et du carbone par les producteurs primaires, ce qui peut exacerber ou atténuer les changements climatiques; Il a été choisi car il représente un lien entre la biologie et le climat mondial13. On ne sait toujours pas dans quelle mesure la biologie pourra compenser les augmentations futures du dioxyde de carbone atmosphérique, mais l’incorporation de ces données dans les visuels rappelle la complexité du système climatique et l’intersection de la biologie et de la géologie. Comme pour la vitesse des orbes, dans les projections futures, aucune donnée n’existe pour cette métrique, donc les vitesses aléatoires sont utilisées en l’absence de données. D’autres itérations de ce travail pourraient remplacer la composition isotopique de l’azote des foraminifères par la composition isotopique de l’oxygène des foraminifères benthiques, qui est supposée refléter les changements globaux de température et de volume de glace12. Malgré les défis de la juxtaposition des animations du passé et du futur, cette œuvre met en évidence les différences entre le changement climatique naturel et anthropique et constitue une première étape utile dans la création d’un art climatique génératif.

Afin d’intégrer des animations dans des expériences tangibles, des techniques de projection sont utilisées pour créer une exposition immersive dans laquelle les visiteurs traversent le temps géologique et le futur. Il est important de noter que les projections de température des scénarios RCP ne sont pas directement liées aux températures passées de la surface de la mer, et les approximations des enregistrements géologiques sont imparfaites et comportent leurs propres biais. Néanmoins, ce travail fournit une base pour l’inclusion d’enregistrements géochimiques en haute mer et de résultats de modèles climatiques dans l’art moderne, tout en éliminant les barrières à l’entrée dans la science du climat.

Ce travail s’appuie sur l’intuition abstraite du public pour discerner les différences entre ces sous-ensembles discrets de temps, fournissant un nouveau moyen d’engagement avec les données scientifiques. Sans compter sur le texte, l’audio ou les connaissances de base nécessaires pour interpréter avec précision les données, les téléspectateurs acquièrent une idée de l’ampleur et du rythme du changement climatique grâce à des sous-ensembles discrets de temps avec des éléments simples tels que la couleur et la vitesse guidant leur intuition. Ce travail n’est pas sans limites; Comme il est indiqué ci-dessus, il existe des écarts évidents dans la disponibilité, la comparabilité et l’emplacement des données. Bien que nous ayons limité ces animations aux régions et aux périodes d’intérêt de l’auteur, ce protocole peut être facilement appliqué à des données provenant de nombreux autres endroits, couvrant différents intervalles de temps, et partagées dans des formats que nous n’avons pas encore explorés. De plus, lors des expositions de ces animations, les spectateurs ont été aidés par des affiches, des écrans au microscope et de brèves explications verbales qui ont fourni un contexte essentiel pour comprendre le but de l’exposition. Bien que cette étude n’ait pas évalué l’efficacité de cette stratégie sur la communication scientifique, les travaux futurs bénéficieraient d’enquêtes ou d’une analyse d’études sociales pour évaluer l’efficacité de ces visuels à la fois pour transmettre des données climatiques et susciter la curiosité du public. Malgré ces limites, ce cadre fournit un moyen d’incorporer un large éventail de données géologiques et / ou climatiques dans l’art génératif qui peuvent être intégrées dans des formats numériques et interactifs à des fins de communication scientifique.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Les auteurs reconnaissent qu’il n’existe actuellement aucun conflit d’intérêts connu.

Acknowledgments

Nous tenons à remercier Georgia Rhodes et Stuart Copeland pour le début de ce projet - leurs encouragements et leur mentorat ont été essentiels à notre succès. Nous aimerions également souligner l’utilité de https://p5js.org/reference/ en tant que ressource dans l’apprentissage du code en JavaScript. Ce matériel est basé sur des travaux soutenus en partie par la National Science Foundation dans le cadre de l’accord de coopération EPSCoR #OIA-1655221 et leur programme Vis-a-Thon et par le 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/

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Anadol, R. efik Refik Anadol. , Refik Anadol Studio, LLC. refikanadol.com/information/ (2023).
  2. Lieberman, Z. Paint with your Feet. , YesYesNo. www.yesyesno.com/nike-collab-paint-with-your-feet (2011).
  3. 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).
  4. Marcks, B. A. δ15N in planktonic foraminifera species G. bulloides and G. inflata from IODP Site 361-U1475. [Dataset]. PANGAEA. , (2022).
  5. 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).
  6. Ford, H. L., Chalk, T. B. The mid-Pleistocene enigma. Oceanography. 33 (2), 101-103 (2020).
  7. U.S. Climate Resilience Toolkit Climate Explorer. , U.S. Federal Government. Available from: https://crt-climate-explorer.nemac.org/ (2021).
  8. 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).
  9. Starr, A., et al. Antarctic icebergs reorganize ocean circulation during Pleistocene glacials. Nature. 589 (7841), 236-241 (2021).
  10. Li, Q., McCarthy, L. L. P5.js. , p5js.org/ (2023).
  11. Perlin, K. Improving noise. Proceedings of the 29th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques. , 681-682 (2002).
  12. Lisiecki, L. E., Raymo, M. E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records. Paleoceanography. 20 (1), PA1003 (2005).
  13. Robinson, R. S. Insights from fossil-bound nitrogen isotopes in diatoms, foraminifera, and corals. Annual Review of Marine Science. 15, 407-430 (2023).

Tags

Sciences de l’environnement numéro 193 JavaScript P5.js paléocéanographie visualisation de données climat immersif projection
Utiliser l’art génératif pour transmettre les transitions climatiques passées et futures
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Marcks, B., Scheinfeld, Z. Using… More

Marcks, B., Scheinfeld, Z. Using Generative Art to Convey Past and Future Climate Transitions. J. Vis. Exp. (193), e65073, doi:10.3791/65073 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter