Summary
Aqui, um protocolo é apresentado para visualizar dados climáticos como arte generativa.
Abstract
A capacidade de entender o clima moderno depende de uma compreensão fundamental da variabilidade climática passada e das maneiras pelas quais o planeta é estabilizado por feedbacks interconectados. Este artigo apresenta um método único para traduzir registros de transições climáticas passadas preservadas em sedimentos de águas profundas para um público amplo por meio de uma visualização imersiva. Esta visualização é uma instalação multimídia que incorpora registros geoquímicos de transições glaciais e interglaciais e previsões de modelos para o aquecimento antropogênico futuro para criar uma experiência imersiva para os espectadores, convidando-os a se envolver e refletir sobre as diferenças sutis e nuançadas entre subconjuntos da história da Terra. Este trabalho mostra cinco intervalos de tempo, começando com o início da ciclicidade glacial-interglacial moderna (~um milhão de anos atrás), comparando o clima passado com os resultados do modelo para o aquecimento antropogênico futuro projetado (até 2099). A instalação consiste em várias projeções experimentais, uma para cada subconjunto de tempo, exibidas em diferentes superfícies de uma sala. À medida que os espectadores se movem pelo espaço, as projeções percorrem lentamente diferentes transições climáticas, usando métodos de animação como velocidade, cor, camadas e repetição, todos gerados por meio de dados específicos do local para transmitir o comportamento único do planeta em relação ao clima global. Este trabalho fornece uma estrutura para visualização única de dados científicos, com animações generativas criadas usando um algoritmo Perlin Noise no centro da instalação. Variáveis de pesquisa, como a temperatura da superfície do mar, a dinâmica de nutrientes e a taxa de mudanças climáticas, impactam resultados formais como cor, escala e velocidade de animação, que são fáceis de manipular e conectar a dados específicos. Essa abordagem também permite a possibilidade de publicar dados on-line e fornece um mecanismo para dimensionar parâmetros visuais para uma ampla variedade de dados quantitativos e qualitativos.
Introduction
A arte generativa e os métodos aqui empregados permitem a tradução direta de dados quantitativos em animações, preservando a integridade dos dados. Os artistas usam a arte generativa para explorar percepções de espaço e tempo1,2, mas a arte generativa ainda não é comumente usada com dados científicos espaciais ou temporais. O trabalho apresentado aqui fornece uma estrutura simples para o uso de produtos visuais generativos para mostrar dados climáticos. Esses produtos podem ser amplamente aplicados, seja para criar exposições presenciais ou como auxílio visual para uma apresentação ou publicação online.
O uso de medições geoquímicas ou estimativas para dimensionar elementos como cor, forma, tamanho e velocidade fornece um meio de transmitir visualmente taxas e magnitudes de mudança sem exigir que o espectador leia um artigo, interprete um gráfico ou examine uma tabela de dados. Alternativamente, a randomização de variáveis selecionadas é usada para transmitir falta de dados ou incerteza, como no caso de projeções futuras. A justaposição de passado e futuro geológico talvez seja parte integrante da eficácia desses produtos como ferramentas de comunicação científica. Experiências recentes muitas vezes servem como base de comparação para as mudanças climáticas modernas, tornando difícil compreender a magnitude das mudanças climáticas antropogênicas3.
As medidas geoquímicas visualizadas neste artigo abrangem a transição do Pleistoceno Médio (MPT; 1,2 milhão a 600.000 anos atrás), registrando mudanças perto do limite norte do Oceano Antártico a partir do International Ocean Discovery Program Site U1475 4,5. Os dados do TMF são apresentados em quatro animações, que destacam as mudanças nas condições oceânicas à medida que o planeta esfria e a variabilidade glacial e interglacial é amplificada6. Isso fornece uma linha de base geológica revelando o ritmo natural do clima da Terra, enfatizando uma tendência de resfriamento de longo prazo que contrasta fortemente as projeções climáticas futuras. Estimativas de temperatura futura são valores médios dos resultados de 20 modelos climáticos sob as forças do Representative Carbon Pathway 8.5 (RCP 8.5; cenário com uma força radiativa de 8,5 W/m2 no ano 2100) para a localização New York, NY7. O RCP 8.5 representa o pior cenário de emissões sustentadas, resultando em um aumento de 3,7 °C na temperatura média global até 21008. Assim, este artigo demonstra um meio de comparar projeções futuras com dados geológicos para comparar taxas de mudanças climáticas e variabilidade climática.
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Protocol
1. Reproduzir as visualizações existentes
- Faça o download do software de codificação e visualização (consulte a Tabela de Materiais).
- Faça o download dos dados e código. Este artigo utiliza "graus de incerteza" com dados de Marcks et al.4 e Cartagena-Sierra et al.5 sobre o modelo etário de Starr et al.9.
NOTA: Os 'graus de incerteza' contêm cinco arquivos de codificação, Arquivo de Codificação Suplementar 1, Arquivo de Codificação Suplementar 2, Arquivo de Codificação Suplementar 3, Arquivo de Codificação Suplementar 4 e Arquivo de Codificação Suplementar 5, com conteúdo referente a cada período de tempo de visualização (MPT 1, MPT 2, MPT 3, MPT 4 e Futuro, respectivamente). Cada um deles contém bibliotecas de codificação10 usadas para visualizações, bem como pastas 'Script' contendo dados baixados em formato .csv, código usado para gerar elementos visuais 'partícula.js', e um arquivo de índice 'index.html' que liga todos os dados relevantes e código juntos.
- Faça o download dos dados e código. Este artigo utiliza "graus de incerteza" com dados de Marcks et al.4 e Cartagena-Sierra et al.5 sobre o modelo etário de Starr et al.9.
- Abra o software de edição de código a partir dos "graus de incerteza".
- Arraste um arquivo (MPT 1, MPT 2, MPT 3 ou MPT 4) para o editor de códigos para visualizá-lo.
- Os arquivos aparecem no menu EXPLORER no lado esquerdo da janela. Verifique o procedimento para visualizar dados da pasta 'Futuro' na etapa 1.7.
- No menu EXPLORER, clique na pasta (MPT 1, MPT 2, MPT 3 ou MPT 4) para revelar um menu suspenso, clique em script e, em seguida, clique em index.html.
Observação : O código aparece no lado direito da janela. - Clique com o botão esquerdo do mouse na parte da janela com o código para 'index.html' e selecione abrir com o servidor ao vivo no menu.
Observação : uma janela do navegador de internet é aberta e começa a reproduzir a visualização. - Fechar e reabrir o editor de código pode ser necessário entre visualizações ao carregar um visual de um subconjunto de tempo diferente. Repita as etapas 1.4-1.6 para cada subconjunto de tempo.
- Para visualizar a visualização com base em projeções futuras, abra a pasta 'Futuro' no computador e arraste a pasta 'Acumulação' ou 'Transição' para o editor de códigos. A diferença entre animações é descrita na seção de resultados.
- Selecione o nome da pasta na janela EXPLORER e clique em index.html. Clique com o botão esquerdo do mouse na parte da janela com o código para 'index.html' e selecione abrir com o servidor ao vivo no menu.
NOTA: Uma janela do navegador de internet é aberta e começa a reproduzir a visualização, que pode ser salva localmente em um computador por gravação de tela.
2. Editando as visualizações
Observação : para editar as visualizações, siga as etapas 1.1-1.4 acima, conforme necessário, para carregar os dados relevantes.
- Selecione a pasta de interesse na janela EXPLORER do editor de código e abra o arquivo de script principal clicando em sketch.js.
NOTA: O arquivo 'sketch.js' no MPT 1 (Supplementary Coding File 1) contém as anotações mais detalhadas; assim, esse arquivo pode ser o mais útil para familiarizar o código.- O código aparece no lado direito da janela do editor de código. Execute quaisquer edições nos parâmetros de visualização dentro deste código. Procure anotações de código com descrições detalhadas do código e sua função após barras duplas "//" e posteriormente identificadas por texto verde (Figura 1 Suplementar).
- Defina as variáveis que serão vinculadas aos dados ou usadas para personalizar parâmetros visuais (Figura 1 Suplementar).
- Carregue os dados no espaço de trabalho (Figura 2 suplementar).
- Defina os parâmetros visuais da tela. Use um loop 'for' para vincular dados a características específicas; aqui, o tamanho está ligado ao valor isotópico do nitrogênio 'd15N' (Figura 3 suplementar).
- Use um loop for para definir um comprimento de cauda para cada orbe. A cauda refere-se ao tempo que os orbes permanecem na tela após aparecerem, criando um acúmulo de cor à medida que o visual progride (Figura 4 Suplementar).
NOTA: Aqui, o comprimento da cauda é dimensionado para a taxa de acumulação de c37 das alquenonas. - Finalmente, desenhe a animação, aplicando um algoritmo Perlin Noise11 para definir a forma dos visuais (Figura Suplementar 5).
NOTA: Aqui, um círculo é usado como a forma de base com ruído aplicado aos pontos ao longo da circunferência do círculo. Estes irão "mexer" o limite do círculo, produzindo uma forma orgânica semelhante a um orbe que se desvia de um círculo em uma quantidade definida pelo comando "mexer". - Edite o código conforme necessário usando anotações para ajudar nas alterações.
3. Salvando as edições
- Salve as edições pressionando o comando e as teclas S ao mesmo tempo.
- Visualize visuais atualizados navegando até o arquivo 'index.html' na janela do EXPLORER, clicando com o botão esquerdo do mouse e selecionando abrir com o servidor ao vivo no menu.
NOTA: Uma janela do navegador de internet é aberta e começa a reproduzir a visualização, que pode ser salva localmente no computador por gravação de tela.
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Representative Results
Este trabalho produz seis visualizações correspondentes a cinco intervalos únicos de tempo geológico, com aspectos visuais dimensionados para dados quantitativos medidos em sedimentos de profundidade (Figura 1, Figura 2, Figura 3, Figura 4, Vídeo 1, Vídeo 2, Vídeo 3 e Vídeo 4) ou modelados a partir dos cenários de RCP do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) (Figura 5 e Figura 6 ). Cada visualização é única e generativa, o que significa que os mesmos dados de entrada produzem saídas visuais ligeiramente diferentes cada vez que o código é executado devido à randomização de variáveis como trajetória de partículas e limites de forma. Em cada visualização, orbes criados a partir de um algoritmo Perlin Noise aplicado aos pontos ao redor de um círculo atravessam um fundo preto com caudas semitransparentes registrando suas trajetórias. Os orbes continuam se movendo pela tela indefinidamente, finalmente acumulando cor em cima do fundo preto.
Na Figura 1, Figura 2, Figura 3 e Figura 4, geradas a partir do código no MPT 1-4 (Arquivo de Codificação Suplementar 1, Arquivo de Codificação Suplementar 2, Arquivo de Codificação Suplementar 3 e Arquivo de Codificação Suplementar 4), elementos como cor, tamanho e velocidade são dimensionados quantitativamente para estimativas de temperatura da superfície do mar, composição isotópica de nitrogênio e taxa de mudança climática com base em medições geoquímicas de sedimentos de águas profundas. A cor varia de azul a vermelho, com os intervalos mais frios marcados pela maior abundância de esferas azuis e os intervalos mais quentes dominados por orbes vermelhos5. Isso é feito alterando o valor numérico de Vermelho nos valores de cor Vermelho, Verde, Azul (RGB), enquanto os valores de Verde e Azul são mantidos constantes. O valor de Vermelho varia entre 0-200 dependendo das estimativas de temperatura da superfície do mar, com temperaturas mais altas correspondendo a um maior valor de Vermelho. O tamanho de cada orbe é dimensionado de acordo com a composição isotópica de nitrogênio dos foraminíferos planctônicos, que está relacionada à quantidade de nutrientes e carbono consumidos pelo fitoplâncton4. O tamanho de cada orbe varia entre 1-10, com tamanhos maiores correspondendo a maiores valores isotópicos de nitrogênio. A velocidade de cada orbe à medida que se move pela tela é dimensionada para a taxa de mudança climática, estimada como o número de períodos glaciais e interglaciais dentro de um intervalo de tempo dividido pelo número de anos que cada intervalo abrange, com limites glaciais e interglaciais conforme definido em Lisiecki & Raymo11.
Figura 5 e a Figura 6 (Vídeo 5 e Vídeo 6) surgem a partir de projeções de temperaturas médias anuais para Nova York, NY7. A localização de Nova York foi escolhida por ser a cidade mais próxima com dados disponíveis para o local da instalação da projeção. Tanto a Figura 5 (Vídeo 5) quanto a Figura 6 (Vídeo 6) dimensionam as estimativas de cor para temperatura, com temperaturas mais frias marcadas por maiores valores de Verde no código decimal RGB, enquanto os valores de cor Vermelho e Azul permanecem constantes, resultando em uma coloração mais alaranjada. Animações futuras dependem da geração de números aleatórios para determinar o tamanho e a velocidade de cada orbe, pois esses parâmetros são necessários para criar essas visualizações, mas os valores numéricos correspondentes permanecem incertos em projeções futuras. A Figura 5 (Vídeo 5), gerada com o código 'Acumulação', é uma animação semelhante aos visuais do MPT; Os orbes têm caudas semitransparentes, e o movimento contínuo dos orbes através da tela resulta em um acúmulo de cor. A Figura 6 (Vídeo 6), criada com o código 'Transition', é um visual mais simples, sem caudas, mostrando apenas o contorno de orbes se movendo através de um fundo preto.
O formato do produto permite a personalização e apresentação de dados de várias maneiras. Gravações de tela das animações geradas com este código são usadas para criar exposições imersivas de comunicação de ciência, simplesmente conectando um computador ou laptop a um projetor e configurando um espaço de exibição adequado. Exposições imersivas e interativas são criadas encenando uma galeria com vários projetores, cavaletes, placas de espuma, uma mesa lateral com microscópio, lama de águas profundas e microfósseis para os hóspedes examinarem (Figura 7 e Figura 8). Esta galeria permite um fluxo direcional de tráfego de pedestres, onde os visitantes entram em uma sala com quatro placas de espuma apoiadas por cavaletes. Cada quadro serve como uma tela para projetar um dos visuais do MPT 4,5 (Figura 7). À medida que o espectador entra na sala, além das projeções do MPT, outro projetor exibe os visuais do Futuro nas paredes e no chão da galeria, convidando o espectador a "caminhar para o futuro" (Figura 8). Além da projeção do futuro, uma mesa é montada com um microscópio dissecante, lâminas de microscópio contendo plâncton fóssil e sedimentos do fundo do mar e informações explicando como os cientistas usam a lama do mar profundo para entender o clima passado e refinar as projeções climáticas futuras. Em última análise, este trabalho transforma planilhas de dados oceanográficos e climáticos em gráficos que servem de base para uma instalação imersiva, convidando o público a caminhar pelo tempo geológico e testemunhar nossas mudanças climáticas devido a fatores naturais e antropogênicos.
Figura 1: Imagem gerada a partir de dados e código do MPT 1. Isso mostra o segmento de tempo mais antigo (~1,2-1,118 milhões de anos atrás) antes do alongamento glacial-interglacial e do resfriamento glacial. Os orbes representam valores de dados únicos, onde os valores de cor RGB são dimensionados para estimativas de temperatura da superfície do mar baseadas em alquenona5, e o tamanho aumenta em função da composição isotópica de nitrogênio do foraminífero4, que está relacionada à capacidade dos produtores primários no oceano de absorver carbono no IODP Site U1475. Esta é uma imagem estática tirada do Vídeo 1. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Imagem gerada a partir de dados e código do MPT 2. Isso mostra o segundo segmento mais antigo do tempo (~1.112-1,06 milhões de anos atrás), que é imediatamente anterior ao alongamento glacial-interglacial e resfriamento glacial. Os orbes representam valores de dados únicos, onde os valores de cor RGB são dimensionados para estimativas de temperatura da superfície do mar baseadas em alquenona5, e o tamanho aumenta em função da composição isotópica de nitrogênio do foraminífero4, que está relacionada à capacidade dos produtores primários no oceano de absorver carbono no IODP Site U1475. Esta é uma imagem estática tirada do Vídeo 2. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Imagem gerada a partir de dados e código do MPT 3. Isso mostra o segundo último segmento de tempo, quando os ciclos glaciais-interglaciais se alongam (~1,06 milhão a 900.000 anos atrás). Os orbes representam valores de dados únicos, onde os valores de cor RGB são dimensionados para estimativas de temperatura da superfície do mar baseadas em alquenona5, e o tamanho aumenta em função da composição isotópica de nitrogênio do foraminífero4, que está relacionada à capacidade dos produtores primários no oceano de absorver carbono no IODP Site U1475. Esta é uma imagem estática tirada do Vídeo 3. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: Imagem gerada a partir de dados e código do MPT 4. Isso mostra o segmento mais recente do tempo, quando ciclos glaciais-interglaciais mais longos foram mais estabelecidos (~900.000-600.000 anos atrás). Os orbes representam valores de dados únicos, onde os valores de cor RGB são dimensionados para estimativas de temperatura da superfície do mar baseadas em alquenona5, e o tamanho aumenta em função da composição isotópica de nitrogênio do foraminífero4, que está relacionada à capacidade dos produtores primários no oceano de absorver carbono no IODP Site U1475. Esta é uma imagem estática tirada do Vídeo 4. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: Imagem de acumulação gerada a partir de dados e código futuros. Isso mostra uma projeção de modelo para aquecimento antropogênico futuro com base em estimativas de temperatura das médias do modelo RCP 8,5 para Nova York, NY7. O tamanho e a velocidade são aleatórios à medida que a capacidade dos produtores primários no oceano absorvem carbono, e a taxa de mudança climática é incerta. Esta é uma imagem estática tirada do Vídeo 5. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6: Imagem de transição gerada a partir de dados e código futuros. Isso mostra uma projeção de modelo para aquecimento antropogênico futuro com base em estimativas de temperatura das médias do modelo RCP 8,5 para Nova York, NY7. O tamanho e a velocidade são aleatórios à medida que a capacidade dos produtores primários no oceano absorvem carbono, e a taxa de mudança climática é incerta. Esta é uma imagem estática tirada do Vídeo 6. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7: Imagem da instalação de projeção de quatro painéis onde os dados do MPT são exibidos atrás de um visualizador e tabela de informações iluminada. Isso mostra uma parte da instalação, à medida que o espectador entra na sala onde os primeiros dados do MPT são apresentados. O Vídeo 1, o Vídeo 2, o Vídeo 3 e o Vídeo4 são projetados individualmente em cada painel, em ordem da esquerda para a direita. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8: Imagem da projeção imersiva da parede. Isso mostra os espectadores passando por uma animação das estimativas de temperatura futura das médias do modelo RCP 8.5 para Nova York, NY7. Nesta animação (Vídeo 5), o valor da cor RGB Verde foi aumentado significativamente, produzindo um visual mais amarelo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Vídeo 1: Animação gerada a partir de dados e código do MPT 1. Isso mostra uma tela de vídeo gravada da animação gerada a partir de dados e código do MPT 1. Isso corresponde ao segmento de tempo mais antigo (~1,2-1,118 milhões de anos atrás) antes do alongamento glacial-interglacial e do resfriamento glacial. Os orbes representam valores de dados únicos onde, os valores de cor RGB são dimensionados para estimativas de temperatura da superfície do mar baseadas em alquenona5, e o tamanho aumenta em função da composição isotópica de nitrogênio do foraminífero4, que está relacionada à capacidade dos produtores primários no oceano de absorver carbono no local U1475 da IODP. Clique aqui para baixar este vídeo.
Vídeo 2: Animação gerada a partir de dados e código do MPT 2. Isso mostra uma tela de vídeo gravada da animação gerada a partir de dados e código do MPT 2. Isso corresponde ao segundo segmento mais antigo do tempo (~1.112-1,06 milhões de anos atrás), que é imediatamente anterior ao alongamento glacial-interglacial e resfriamento glacial. Os orbes representam valores de dados únicos, onde os valores de cor RGB são dimensionados para estimativas de temperatura da superfície do mar baseadas em alquenona5, e o tamanho aumenta em função da composição isotópica de nitrogênio do foraminífero4, que está relacionada à capacidade dos produtores primários no oceano de absorver carbono no IODP Site U1475. Clique aqui para baixar este vídeo.
Vídeo 3: Animação gerada a partir de dados e código do MPT 3. Isso mostra uma tela de vídeo gravada da animação gerada a partir de dados e código do MPT 3. Isso corresponde ao segundo último segmento do tempo, quando os ciclos glaciais-interglaciais se alongam (~1,06 milhão a 900.000 anos atrás). Os orbes representam valores de dados únicos, onde os valores de cor RGB são dimensionados para estimativas de temperatura da superfície do mar baseadas em alquenona5, e o tamanho aumenta em função da composição isotópica de nitrogênio do foraminífero4, que está relacionada à capacidade dos produtores primários no oceano de absorver carbono no IODP Site U1475. Clique aqui para baixar este vídeo.
Vídeo 4: Animação gerada a partir de dados e código do MPT 4. Isso mostra uma tela de vídeo gravada da animação gerada a partir de dados e código do MPT 4. Isso corresponde ao segmento mais recente do tempo, quando ciclos glaciais-interglaciais mais longos foram mais estabelecidos (~900.000-600.000 anos atrás). Os orbes representam valores de dados únicos, onde os valores de cor RGB são dimensionados para estimativas de temperatura da superfície do mar baseadas em alquenona5, e o tamanho aumenta em função da composição isotópica de nitrogênio do foraminífero4, que está relacionada à capacidade dos produtores primários no oceano de absorver carbono no IODP Site U1475. Clique aqui para baixar este vídeo.
Vídeo 5: Animação de acumulação gerada a partir de dados e código futuros. Isso mostra um vídeo gravado na tela da animação gerada a partir de dados e código futuros. A cor é dimensionada para uma projeção de modelo para aquecimento antropogênico futuro com base em estimativas de temperatura das médias do modelo RCP 8.5 para Nova York, NY7. Tamanho e velocidade são aleatórios como a capacidade dos produtores primários no oceano de absorver carbono, e a taxa de mudança climática é incerta. Uma cauda é permitida no código, resultando em um acúmulo de cor. Clique aqui para baixar este vídeo.
Vídeo 6: Animação de transição gerada a partir de dados e código futuros. Isso mostra um vídeo gravado na tela da animação gerada a partir de dados e código futuros. A cor é dimensionada para uma projeção de modelo para aquecimento antropogênico futuro com base em estimativas de temperatura das médias do modelo RCP 8.5 para Nova York, NY7. Tamanho e velocidade são aleatórios como a capacidade dos produtores primários no oceano de absorver carbono, e a taxa de mudança climática é incerta. Nenhuma cauda é permitida no código, resultando em nenhum acúmulo de cor. Clique aqui para baixar este vídeo.
Figura suplementar 1: Imagem do software de codificação e variáveis de definição de código que serão vinculadas aos dados ou usadas para personalizar parâmetros visuais. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura suplementar 2: Imagem do software de codificação e do código que carrega dados no espaço de trabalho. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura 3 suplementar: Imagem do software de codificação e do código que define os parâmetros visuais da tela e aplica um loop for para vincular dados a características visuais específicas. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura 4 suplementar: Imagem do software de codificação e do código que aplica um loop for para definir um comprimento de cauda para cada orbe. Clique aqui para baixar este arquivo.
Figura Suplementar 5: Imagem do software de codificação e código que desenha a animação, aplicando um algoritmo de ruído Perlin para definir a forma e o movimento dos visuais. Clique aqui para baixar este arquivo.
Arquivo de Codificação Suplementar 1: Os 'graus de incerteza'_MPT 1. Clique aqui para baixar este arquivo.
Arquivo de codificação suplementar 2: Os 'graus de incerteza'_MPT 2. Clique aqui para baixar este arquivo.
Arquivo de Codificação Suplementar 3: Os 'graus de incerteza'_MPT 3. Clique aqui para baixar este arquivo.
Arquivo de Codificação Suplementar 4: Os 'graus de incerteza'_MPT 4. Clique aqui para baixar este arquivo.
Arquivo de codificação suplementar 5: Os 'graus de incerteza'_Future. Clique aqui para baixar este arquivo.
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Discussion
Este trabalho destaca a utilidade da arte generativa para fins de comunicação de ciência. O fluxo de trabalho pode ser usado para converter dados existentes em elementos dentro de uma animação. Embora as saídas de animação deste trabalho sejam únicas, pois cada vez que o código é executado uma versão diferente da animação é criada, os elementos visuais são dimensionados para dados geoquímicos e de modelos climáticos; Assim, elementos como cor, velocidade e tamanho permanecem constantes, desde que os dados de entrada permaneçam os mesmos. Isso também permite a comparação direta desses elementos visuais para tirar conclusões sobre os dados.
Medidas geoquímicas de sedimentos oceânicos profundos e estimativas de modelos para aquecimento antropogênico futuro são usadas dentro de um algoritmo Perlin Noise11 e transformadas em instalações imersivas. Animações geradas a partir de dados paleoceanográficos servem como linha de base de comparação para as estimativas do modelo de temperaturas futuras. Os sedimentos oceânicos profundos são um arquivo do clima passado e um recurso inestimável para a compreensão do sistema climático12,13. Os elementos visuais são gerados com um algoritmo Perlin Noise, selecionado por sua capacidade de mover suavemente o limite das formas geradas. Aqui, um algoritmo Perlin Noise é aplicado aos pontos que delineiam um círculo, criando uma forma orgânica que se move suavemente pelo fundo. O círculo é selecionado devido à sua semelhança na forma com a seção transversal de um núcleo de sedimento, bem como a semelhança com uma célula uma vez que o ruído é adicionado ao contorno. Isso gera formas orgânicas que tocam a natureza desses registros geoquímicos, pois eles vêm de produtores primários marinhos, ou pequenos organismos que fotossintetizam e consomem nutrientes e carbono no oceano13. Esses organismos alteram o clima global por meio do consumo de carbono e registram mudanças passadas no oceano por meio da preservação de sinais climáticos na composição química de suas conchas, que são preservadas nos sedimentos oceânicos. A camada de formas, ou orbes, em cada visual cria um acúmulo de cor dentro das animações e sugere a preservação desses registros paleoceanográficos, que são preservados através da camada de sedimentos dentro das bacias oceânicas, vinculando ainda mais os visuais aos processos geológicos.
O código decimal Vermelho, Verde, Azul (RGB) é usado para dimensionar quantitativamente a cor com estimativas de temperatura de produtores primários marinhos que são medidos em alquenonas, ou longas cadeias de carbono cuja estrutura varia com a temperatura5. Nesses visuais, as cores vermelha e laranja indicam temperaturas mais quentes. Cores diferentes são usadas no dimensionamento de dados geoquímicos e projeções futuras, pois os dados usados aqui não são diretamente relacionáveis (devido à natureza dos dados de projeção disponíveis e às regiões de interesse dos autores). Em iterações futuras, a cor pode ser dimensionada de forma semelhante entre todas as animações para permitir a comparação direta de dados.
A velocidade dos orbes é definida pela taxa relativa de mudanças climáticas, estimada como o número de estágios glaciais ou interglaciais divididos pelo tempo em anos. Isso é calculado contando o número de períodos glaciais ou interglaciais em cada intervalo de tempo, com cada período definido por Lisiecki & Raymo12. As projeções do Futuro (Figura 5 e Figura 6) têm velocidades aleatórias, pois não cobrem um ciclo glacial ou interglacial completo e refletem um desvio significativo do ritmo natural do clima da Terra. Enquanto isso, a randomização de dados não é clara no visual e serve talvez mais como um passo necessário para garantir que um visual possa ser feito mesmo na ausência de dados, em vez de ser um símbolo significativo de incerteza para o espectador. Certamente há espaço para experimentar em iterações futuras sobre como transmitir a incerteza em formas mais pungentes, já que a incerteza não é trivial na capacidade de entender o clima futuro.
O tamanho dos orbes depende da composição isotópica de nitrogênio do plâncton fóssil, uma proxy para a absorção de nutrientes e carbono pelos produtores primários, o que pode exacerbar ou mitigar as mudanças climáticas; Foi escolhida por representar um elo entre a biologia e o clima global13. Ainda não se sabe até que ponto a biologia pode ser capaz de compensar futuros aumentos no dióxido de carbono atmosférico, mas a incorporação desses dados em visuais serve como um lembrete para a complexidade do sistema climático e a interseção da biologia e da geologia. Da mesma forma que a velocidade dos orbes, em projeções futuras, não existem dados para essa métrica, portanto, velocidades aleatórias são usadas na ausência de dados. Outras iterações deste trabalho podem substituir a composição isotópica de nitrogênio de foraminíferos pela composição isotópica de oxigênio de foraminíferos bentônicos, que se supõe refletir mudanças globais de temperatura e volume degelo12. Apesar dos desafios em justapor animações do passado e do futuro, este trabalho destaca as diferenças entre as mudanças climáticas naturais e antropogênicas e serve como um primeiro passo útil na criação de arte climática generativa.
A fim de integrar animações em experiências tangíveis, técnicas de projeção são usadas para criar uma exposição imersiva na qual os convidados caminham através do tempo geológico e para o futuro. É importante notar que as projeções de temperatura de cenários RCP não são diretamente relacionáveis com temperaturas passadas da superfície do mar, e proxies do registro geológico são imperfeitos e mantêm seus próprios vieses. No entanto, este trabalho fornece uma base para a inclusão de registros geoquímicos do mar profundo e resultados de modelos climáticos na arte moderna, ao mesmo tempo em que elimina barreiras de entrada para a ciência climática.
Este trabalho baseia-se na intuição abstrata do público para discernir diferenças entre esses subconjuntos discretos de tempo, fornecendo um novo meio de engajamento com dados científicos. Sem depender de texto, áudio ou o conhecimento de fundo necessário para interpretar dados com precisão, os espectadores ganham uma noção da magnitude e da taxa das mudanças climáticas por meio de subconjuntos discretos de tempo com elementos simples, como cor e velocidade, guiando sua intuição. Este trabalho não é isento de limitações; Como observado acima, existem discrepâncias claras na disponibilidade, comparabilidade e localização dos dados. Embora tenhamos limitado essas animações às regiões e períodos de tempo de interesse do autor, esse protocolo pode ser facilmente aplicado a dados de muitos mais locais, abrangendo diferentes intervalos de tempo e compartilhados em formatos que ainda não exploramos. Além disso, durante as exibições dessas animações, os espectadores foram auxiliados por cartazes, exibições de microscópios e breves explicações verbais que forneceram contexto essencial para a compreensão do propósito da exposição. Embora este estudo não tenha avaliado a eficácia dessa estratégia na comunicação científica, trabalhos futuros se beneficiariam de pesquisas ou uma análise de estudos sociais para avaliar a eficácia desses visuais em transmitir dados climáticos e despertar uma curiosidade no público. Apesar dessas limitações, esta estrutura fornece um meio de incorporar uma ampla gama de dados geológicos e/ou climáticos na arte generativa que podem ser integrados em formatos digitais e interativos para fins de comunicação científica.
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Disclosures
Os autores reconhecem que não existem conflitos de interesse conhecidos no momento
Acknowledgments
Gostaríamos de agradecer o apoio recebido de Georgia Rhodes e Stuart Copeland no início deste projeto - seu incentivo e mentoria foram essenciais para o nosso sucesso. Também gostaríamos de destacar a utilidade do https://p5js.org/reference/ como um recurso para aprender a programar em JavaScript. Este material é baseado no trabalho apoiado em parte pela National Science Foundation sob o Acordo de Cooperação EPSCoR #OIA-1655221 e seu programa Vis-a-Thon e pelo 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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