Summary
Aquí, se presenta un protocolo para visualizar los datos climáticos como arte generativo.
Abstract
La capacidad de comprender el clima moderno se basa en una comprensión fundamental de la variabilidad climática pasada y las formas en que el planeta se estabiliza mediante retroalimentaciones interconectadas. Este artículo presenta un método único para traducir registros de transiciones climáticas pasadas conservadas en sedimentos de aguas profundas a audiencias amplias a través de una visualización inmersiva. Esta visualización es una instalación multimedia que incorpora registros geoquímicos de transiciones glaciales e interglaciales y predicciones de modelos para el calentamiento antropogénico futuro para crear una experiencia inmersiva para los espectadores, invitándolos a participar y reflexionar sobre las diferencias sutiles y matizadas entre los subconjuntos de la historia de la Tierra. Este trabajo muestra cinco intervalos de tiempo, comenzando con el inicio de la ciclicidad glacial-interglacial moderna (~ hace un millón de años), comparando el clima pasado con los resultados del modelo para el calentamiento antropogénico futuro proyectado (hasta 2099). La instalación consiste en varias proyecciones experimentales, una para cada subconjunto de tiempo, mostradas en diferentes superficies de una habitación. A medida que los espectadores se mueven a través del espacio, las proyecciones recorren lentamente diferentes transiciones climáticas, utilizando métodos de animación como velocidad, color, capas y repetición, todos generados a través de datos específicos del sitio para transmitir el comportamiento único del planeta en relación con el clima global. Este trabajo proporciona un marco para la visualización de datos científicos únicos, con animaciones generativas creadas utilizando un algoritmo Perlin Noise en el centro de la instalación. Las variables de investigación, como la temperatura de la superficie del mar, la dinámica de los nutrientes y la tasa de cambio climático, afectan los resultados formales como el color, la escala y la velocidad de animación, que son fáciles de manipular y conectar con datos específicos. Este enfoque también permite la posibilidad de publicar datos en línea y proporciona un mecanismo para escalar los parámetros visuales a una amplia variedad de datos cuantitativos y cualitativos.
Introduction
El arte generativo y los métodos empleados aquí permiten la traducción directa de datos cuantitativos en animaciones al tiempo que preservan la integridad de los datos. Los artistas utilizan el arte generativo para explorar las percepciones del espacio y el tiempo1,2, pero el arte generativo aún no se usa comúnmente con datos científicos espaciales o temporales. El trabajo presentado aquí proporciona un marco simple para usar productos visuales generativos para mostrar datos climáticos. Estos productos se pueden aplicar ampliamente, ya sea que se utilicen para crear exhibiciones en persona o como ayuda visual para una presentación o publicación en línea.
El uso de mediciones geoquímicas o estimaciones para escalar elementos como el color, la forma, el tamaño y la velocidad proporciona un medio para transmitir visualmente las tasas y magnitudes de cambio sin requerir que el espectador lea un documento, interprete un gráfico o mire a través de una tabla de datos. Alternativamente, la aleatorización de las variables seleccionadas se utiliza para transmitir una falta de datos o incertidumbre, como en el caso de las proyecciones futuras. La yuxtaposición del pasado y el futuro geológico es quizás parte integral de la efectividad de estos productos como herramientas de comunicación científica. Las experiencias recientes a menudo sirven como línea de base de comparación para el cambio climático moderno, lo que dificulta la comprensión de la magnitud del cambio climático antropogénico3.
Las mediciones geoquímicas visualizadas en este documento abarcan la transición del Pleistoceno medio (MPT; hace 1,2 millones a 600.000 años), registrando cambios cerca del límite norte del Océano Austral desde el Sitio U1475 del Programa Internacional de Descubrimiento Oceánico 4,5. Los datos de MPT se presentan en cuatro animaciones, que destacan los cambios en las condiciones del océano a medida que el planeta se enfría y la variabilidad glacial e interglacial se amplifica6. Esto proporciona una línea de base geológica que revela el ritmo natural del clima de la Tierra, enfatizando una tendencia de enfriamiento a largo plazo que contrasta marcadamente con las proyecciones climáticas futuras. Las estimaciones futuras de temperatura son valores promedio de los resultados de 20 modelos climáticos bajo los forzamientos de la Vía Representativa del Carbono 8.5 (RCP 8.5; escenario con un forzamiento radiativo de 8.5 W / m2 en el año 2100) para la ubicación Nueva York, NY7. RCP 8.5 representa el peor escenario de emisiones sostenidas que resultan en un aumento de 3.7 ° C en la temperatura global promedio para 21008. Por lo tanto, este artículo demuestra un medio de comparar proyecciones futuras con datos geológicos para comparar las tasas de cambio climático y la variabilidad climática.
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Protocol
1. Reproducción de las visualizaciones existentes
- Descargue el software de codificación y visualización (consulte la Tabla de materiales).
- Descargue los datos y el código. Este artículo utiliza 'grados de incertidumbre' con datos de Marcks et al.4 y Cartagena-Sierra et al.5 sobre el modelo de edad de Starr et al.9.
NOTA: Los 'grados de incertidumbre' contienen cinco archivos de codificación, Archivo de codificación suplementaria 1, Archivo de codificación complementaria 2, Archivo de codificación suplementaria 3, Archivo de codificación complementaria 4 y Archivo de codificación complementaria 5, con contenidos pertenecientes a cada período de visualización (MPT 1, MPT 2, MPT 3, MPT 4 y Futuro, respectivamente). Cada uno de estos contiene bibliotecas de codificación10 utilizadas para visualizaciones, así como carpetas 'Script' que contienen datos descargados en formato .csv, código utilizado para generar imágenes 'partícula.js' y un archivo de índice 'índice.html' que vincula todos los datos y códigos relevantes.
- Descargue los datos y el código. Este artículo utiliza 'grados de incertidumbre' con datos de Marcks et al.4 y Cartagena-Sierra et al.5 sobre el modelo de edad de Starr et al.9.
- Abra el software de edición de código desde los 'grados de incertidumbre'.
- Arrastre un archivo (MPT 1, MPT 2, MPT 3 o MPT 4) al editor de código para visualizarlo.
- Los archivos aparecen en el menú EXPLORER en el lado izquierdo de la ventana. Compruebe el procedimiento para visualizar los datos de la carpeta 'Futuro' en el paso 1.7.
- En el menú EXPLORER, haga clic en la carpeta (MPT 1, MPT 2, MPT 3 o MPT 4) para mostrar un menú desplegable, haga clic en script y, a continuación, haga clic en index.html.
NOTA: El código aparece en el lado derecho de la ventana. - Haga clic izquierdo en la parte de la ventana con el código para 'index.html' y seleccione abrir con servidor en vivo en el menú.
NOTA: Se abre una ventana del navegador de Internet y comienza a reproducir la visualización. - Cerrar y volver a abrir el editor de código puede ser necesario entre visualizaciones al cargar un objeto visual de un subconjunto de tiempo diferente. Repita los pasos 1.4-1.6 para cada subconjunto de tiempo.
- Para ver la visualización basada en proyecciones futuras, abra la carpeta 'Futuro' en la computadora y arrastre la carpeta 'Acumulación' o 'Transición' al editor de código. La diferencia entre animaciones se describe en la sección de resultados.
- Seleccione el nombre de la carpeta en la ventana EXPLORER y haga clic en index.html. Haga clic izquierdo en la parte de la ventana con el código para 'index.html' y seleccione abrir con servidor en vivo en el menú.
NOTA: Se abre una ventana del navegador de Internet y comienza a reproducir la visualización, que se puede guardar localmente en una computadora mediante grabación de pantalla.
2. Edición de las visualizaciones
NOTA: Para editar las visualizaciones, siga los pasos 1.1-1.4 anteriores, según sea necesario, para cargar los datos relevantes.
- Seleccione la carpeta de interés en la ventana EXPLORER del editor de código y abra el archivo de script principal haciendo clic en sketch.js.
NOTA: El archivo 'sketch.js' en el MPT 1 (Supplementary Coding File 1) contiene las anotaciones más detalladas; Por lo tanto, este archivo puede ser el más útil para familiarizar el código.- El código aparece en el lado derecho de la ventana del editor de código. Realice cualquier edición en los parámetros de visualización dentro de este código. Busque anotaciones de código con descripciones detalladas del código y su función después de barras diagonales dobles "//" e identificadas por texto verde (Figura complementaria 1).
- Defina las variables que se vincularán a los datos o se utilizarán para personalizar los parámetros visuales (Figura complementaria 1).
- Cargue los datos en el espacio de trabajo (Figura complementaria 2).
- Definir los parámetros visuales del lienzo. Utilice un bucle "para" para vincular los datos a características específicas; aquí, el tamaño está vinculado al valor isotópico de nitrógeno 'd15N' (Figura complementaria 3).
- Utilice un bucle for para definir una longitud de cola para cada orbe. La cola se refiere al tiempo que los orbes permanecen en la pantalla después de aparecer, creando una acumulación de color a medida que avanza la imagen (Figura complementaria 4).
NOTA: Aquí, la longitud de la cola se escala a la tasa de acumulación de alquenonas c37. - Finalmente, dibuje la animación, aplicando un algoritmo de ruido de Perlin11 para definir la forma de las imágenes (Figura complementaria 5).
NOTA: Aquí, se utiliza un círculo como forma base con ruido aplicado a los puntos a lo largo de la circunferencia del círculo. Estos "moverán" el límite del círculo, produciendo una forma orgánica similar a un orbe que se desvía de un círculo en una cantidad definida por el comando "ondulación". - Edite el código según sea necesario utilizando anotaciones para ayudar a las modificaciones.
3. Guardar las ediciones
- Guarde las ediciones presionando las teclas Comando y S al mismo tiempo.
- Para ver las imágenes actualizadas, navegue hasta el archivo 'índice.html' en la ventana EXPLORER, haga clic con el botón izquierdo y seleccione abrir con servidor en vivo en el menú.
NOTA: Se abre una ventana del navegador de Internet y comienza a reproducir la visualización, que se puede guardar localmente en la computadora mediante grabación de pantalla.
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Representative Results
Este trabajo produce seis visualizaciones correspondientes a cinco intervalos únicos de tiempo geológico, con aspectos visuales escalados a datos cuantitativos medidos en sedimentos de aguas profundas (Figura 1, Figura 2, Figura 3, Figura 4, Video 1, Video 2, Video 3 y Video 4) o modelados a partir de los escenarios de PCR del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC) (Figura 5 y Figura 6). Cada visualización es única y generativa, lo que significa que los mismos datos de entrada producen salidas visuales ligeramente diferentes cada vez que se ejecuta el código debido a la aleatorización de variables como la trayectoria de las partículas y los límites de forma. En cada visualización, orbes creados a partir de un algoritmo Perlin Noise aplicado a los puntos alrededor de un círculo transversal a través de un fondo negro con colas semitransparentes que registran sus trayectorias. Los orbes continúan moviéndose a través de la pantalla indefinidamente, acumulando color sobre el fondo negro.
En la Figura 1, Figura 2, Figura 3 y Figura 4, generadas a partir del código de MPT 1-4 (Archivo de codificación suplementaria 1, Archivo de codificación complementaria 2, Archivo de codificación complementaria 3 y Archivo de codificación complementaria 4), elementos como el color, el tamaño y la velocidad se escalan cuantitativamente para estimar la temperatura de la superficie del mar, la composición isotópica del nitrógeno y la tasa de cambio climático basada en mediciones geoquímicas de sedimentos de aguas profundas. El color varía de azul a rojo, con los intervalos más fríos marcados por la mayor abundancia de orbes azules y los intervalos más cálidos dominados por orbes rojos5. Esto se logra cambiando el valor numérico de Rojo en los valores de color Rojo, Verde, Azul (RGB), mientras que los valores Verde y Azul se mantienen constantes. El valor rojo varía entre 0-200 dependiendo de las estimaciones de temperatura de la superficie del mar, con temperaturas más altas que corresponden a un mayor valor rojo. El tamaño de cada orbe se escala a la composición isotópica de nitrógeno de los foraminíferos planctónicos, que está relacionada con la cantidad de nutrientes y carbono consumidos por el fitoplancton4. El tamaño de cada orbe varía entre 1-10, con tamaños más grandes que corresponden a valores isotópicos de nitrógeno más altos. La velocidad de cada orbe a medida que se mueve a través de la pantalla se escala a la tasa de cambio climático, estimada como el número de períodos glaciales e interglaciales dentro de un intervalo de tiempo dividido por el número de años que abarca cada intervalo, con límites glaciales e interglaciares como se define en Lisiecki & Raymo11.
Figura 5 y la Figura 6 (Video 5 y Video 6) surgen de proyecciones de temperaturas medias anuales para Nueva York, NY7. Se seleccionó la ubicación de Nueva York ya que es la ciudad más cercana con datos disponibles a la ubicación de la instalación de proyección. Tanto la Figura 5 (Video 5) como la Figura 6 (Video 6) escalan las estimaciones de color a temperatura, con temperaturas más frías marcadas por mayores valores de verde en el código decimal RGB, mientras que los valores de color rojo y azul permanecen constantes, lo que resulta en una coloración más naranja. Las animaciones futuras se basan en la generación de números aleatorios para determinar el tamaño y la velocidad de cada orbe, ya que estos parámetros son necesarios para crear estas visualizaciones, pero los valores numéricos correspondientes siguen siendo inciertos en las proyecciones futuras. La Figura 5 (Video 5), generada con el código 'Acumulación', es una animación similar a las imágenes MPT; Los orbes tienen colas semitransparentes, y el movimiento continuo de los orbes a través del lienzo da como resultado una acumulación de color. La Figura 6 (Video 6), creada con el código 'Transición', es una imagen más simple sin colas, sino que muestra solo el contorno de los orbes que se mueven sobre un fondo negro.
El formato del producto permite la personalización y presentación de datos de varias maneras. Las grabaciones de pantalla de las animaciones generadas con este código se utilizan para crear exhibiciones inmersivas de comunicación científica simplemente conectando una computadora o computadora portátil a un proyector y configurando un espacio de visualización adecuado. Las exhibiciones inmersivas e interactivas se crean mediante la puesta en escena de una galería con varios proyectores, caballetes, tablas de espuma, una mesa auxiliar con un microscopio, barro de aguas profundas y microfósiles para que los invitados los examinen (Figura 7 y Figura 8). Esta galería permite un flujo direccional de tráfico peatonal, donde los visitantes entran en una sala con cuatro tablas de espuma sostenidas por caballetes. Cada tablero sirve como lienzo para proyectar uno de los elementos visuales MPT 4,5 (Figura 7). A medida que el espectador entra en la sala, más allá de las proyecciones MPT, otro proyector muestra las imágenes del futuro a través de las paredes y el piso de la galería, invitando al espectador a "caminar hacia el futuro" (Figura 8). Más allá de la proyección del futuro, se establece una mesa con un microscopio de disección, portaobjetos de microscopio que contienen plancton fósil y sedimentos de aguas profundas, e información que explica cómo los científicos usan el lodo de aguas profundas para comprender el clima pasado y refinar las proyecciones climáticas futuras. En última instancia, este trabajo transforma hojas de cálculo de datos oceanográficos y climáticos en gráficos que sirven como base de una instalación inmersiva, invitando a la audiencia a caminar a través del tiempo geológico y presenciar nuestro cambio climático debido a factores naturales y antropogénicos.
Figura 1: Imagen generada a partir de datos y código MPT 1. Esto muestra el segmento de tiempo más temprano (~ 1.2-1.118 millones de años atrás) antes del alargamiento glacial-interglacial y el enfriamiento glacial. Los orbes representan valores de datos únicos, donde los valores de color RGB se escalan a estimaciones de temperatura de la superficie del mar basadas en alquenona5, y el tamaño aumenta en función de la composición isotópica de nitrógeno de los foraminíferos4, que está relacionada con la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono en el sitio IODP U1475. Esta es una imagen fija tomada del Video 1. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Imagen generada a partir de datos y código MPT 2. Esto muestra el segundo segmento de tiempo más temprano (~ 1.112-1.06 millones de años atrás), que es inmediatamente anterior al alargamiento glacial-interglacial y al enfriamiento glacial. Los orbes representan valores de datos únicos, donde los valores de color RGB se escalan a estimaciones de temperatura de la superficie del mar basadas en alquenona5, y el tamaño aumenta en función de la composición isotópica de nitrógeno de los foraminíferos4, que está relacionada con la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono en el sitio IODP U1475. Esta es una imagen fija tomada del Video 2. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Imagen generada a partir de datos y código MPT 3. Esto muestra el segundo último segmento de tiempo, cuando los ciclos glaciales-interglaciales se alargan (~ 1.06 millones a 900,000 años atrás). Los orbes representan valores de datos únicos, donde los valores de color RGB se escalan a estimaciones de temperatura de la superficie del mar basadas en alquenona5, y el tamaño aumenta en función de la composición isotópica de nitrógeno de los foraminíferos4, que está relacionada con la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono en el sitio IODP U1475. Esta es una imagen fija tomada del Video 3. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Imagen generada a partir de datos y código MPT 4. Esto muestra el segmento de tiempo más reciente, cuando los ciclos glaciales-interglaciales más largos estaban más establecidos (~ 900,000-600,000 años atrás). Los orbes representan valores de datos únicos, donde los valores de color RGB se escalan a estimaciones de temperatura de la superficie del mar basadas en alquenona5, y el tamaño aumenta en función de la composición isotópica de nitrógeno de los foraminíferos4, que está relacionada con la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono en el sitio IODP U1475. Esta es una imagen fija tomada del Video 4. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Imagen de acumulación generada a partir de datos y código futuros. Esto muestra una proyección del modelo para el calentamiento antropogénico futuro basado en las estimaciones de temperatura de los promedios del modelo RCP 8.5 para Nueva York, NY7. El tamaño y la velocidad se aleatorizan como la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono, y la tasa de cambio climático es incierta. Esta es una imagen fija tomada del Video 5. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6: Imagen de transición generada a partir de datos y código futuros. Esto muestra una proyección del modelo para el calentamiento antropogénico futuro basado en las estimaciones de temperatura de los promedios del modelo RCP 8.5 para Nueva York, NY7. El tamaño y la velocidad se aleatorizan como la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono, y la tasa de cambio climático es incierta. Esta es una imagen fija tomada del Video 6. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7: Imagen de la instalación de proyección de cuatro paneles donde los datos MPT se muestran detrás de un visor y una mesa de información iluminada. Esto muestra una parte de la instalación, a medida que el espectador ingresa a la sala donde se presentan los primeros datos MPT. El vídeo 1, el vídeo 2, el vídeo 3 y el vídeo4 se proyectan individualmente en cada panel, en orden de izquierda a derecha. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8: Imagen de la proyección de pared inmersiva. Esto muestra a los espectadores caminando más allá de una animación de estimaciones de temperatura futura de los promedios del modelo RCP 8.5 para Nueva York, NY7. En esta animación (Video 5), el valor de color RGB Green se incrementó significativamente, produciendo una imagen de color más amarillo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Video 1: Animación generada a partir de datos y código MPT 1. Esto muestra un video grabado en pantalla de la animación generada a partir de datos y código MPT 1. Esto corresponde al segmento de tiempo más temprano (~ 1.2-1.118 millones de años atrás) antes del alargamiento glacial-interglacial y el enfriamiento glacial. Los orbes representan valores de datos únicos donde, los valores de color RGB se escalan a estimaciones de temperatura de la superficie del mar basadas en alquenona5, y el tamaño aumenta en función de la composición isotópica de nitrógeno de los foraminíferos4, que está relacionada con la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono en el sitio IODP U1475. Haga clic aquí para descargar este video.
Video 2: Animación generada a partir de datos y código MPT 2. Esto muestra un video grabado en pantalla de la animación generada a partir de datos y código MPT 2. Esto corresponde al segundo segmento de tiempo más temprano (~ 1.112-1.06 millones de años atrás), que es inmediatamente anterior al alargamiento glacial-interglacial y al enfriamiento glacial. Los orbes representan valores de datos únicos, donde los valores de color RGB se escalan a estimaciones de temperatura de la superficie del mar basadas en alquenona5, y el tamaño aumenta en función de la composición isotópica de nitrógeno de los foraminíferos4, que está relacionada con la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono en el sitio IODP U1475. Haga clic aquí para descargar este video.
Video 3: Animación generada a partir de datos y código MPT 3. Esto muestra un video grabado en pantalla de la animación generada a partir de datos y código MPT 3. Esto corresponde al segundo último segmento de tiempo, cuando los ciclos glaciales-interglaciales se alargan (~ 1.06 millones a 900,000 años atrás). Los orbes representan valores de datos únicos, donde los valores de color RGB se escalan a estimaciones de temperatura de la superficie del mar basadas en alquenona5, y el tamaño aumenta en función de la composición isotópica de nitrógeno de los foraminíferos4, que está relacionada con la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono en el sitio IODP U1475. Haga clic aquí para descargar este video.
Video 4: Animación generada a partir de datos y código MPT 4. Esto muestra un video grabado en pantalla de la animación generada a partir de datos y código MPT 4. Esto corresponde al segmento de tiempo más reciente, cuando los ciclos glaciales-interglaciales más largos estaban más establecidos (~ 900,000-600,000 años atrás). Los orbes representan valores de datos únicos, donde los valores de color RGB se escalan a estimaciones de temperatura de la superficie del mar basadas en alquenona5, y el tamaño aumenta en función de la composición isotópica de nitrógeno de los foraminíferos4, que está relacionada con la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono en el sitio IODP U1475. Haga clic aquí para descargar este video.
Video 5: Animación de acumulación generada a partir de datos y código futuros. Esto muestra un video grabado en pantalla de la animación generada a partir de datos y código futuros. El color se escala a una proyección del modelo para el calentamiento antropogénico futuro basado en las estimaciones de temperatura de los promedios del modelo RCP 8.5 para Nueva York, NY7. El tamaño y la velocidad se aleatorizan como la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono, y la tasa de cambio climático es incierta. Una cola está permitida en el código, lo que resulta en una acumulación de color. Haga clic aquí para descargar este video.
Video 6: Animación de transición generada a partir de datos y código futuros. Esto muestra un video grabado en pantalla de la animación generada a partir de datos y código futuros. El color se escala a una proyección del modelo para el calentamiento antropogénico futuro basado en las estimaciones de temperatura de los promedios del modelo RCP 8.5 para Nueva York, NY7. El tamaño y la velocidad se aleatorizan como la capacidad de los productores primarios en el océano para absorber carbono, y la tasa de cambio climático es incierta. No se permite ninguna cola en el código, lo que resulta en ninguna acumulación de color. Haga clic aquí para descargar este video.
Figura complementaria 1: Imagen del software de codificación y las variables de definición de código que se vincularán a los datos o se utilizarán para personalizar los parámetros visuales. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura complementaria 2: Imagen del software de codificación y código que carga datos en el espacio de trabajo. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura complementaria 3: Imagen del software de codificación y el código que define los parámetros visuales del lienzo y aplica un bucle for para vincular los datos a características visuales específicas. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura complementaria 4: Imagen del software de codificación y código que aplica un bucle for para definir una longitud de cola para cada orbe. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Figura complementaria 5: Imagen del software de codificación y código que dibuja la animación, aplicando un algoritmo de ruido Perlin para definir la forma y el movimiento de las imágenes. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo de codificación suplementario 1: Los "grados de incertidumbre_MPT 1. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo de codificación complementario 2: Los "grados de incertidumbre"_MPT 2. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo de codificación complementario 3: Los "grados de incertidumbre"_MPT 3. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo de codificación complementaria 4: Los "grados de incertidumbre"_MPT 4. Haga clic aquí para descargar este archivo.
Archivo de codificación complementario 5: Los 'grados de incertidumbre'_Future. Haga clic aquí para descargar este archivo.
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Discussion
Este trabajo destaca la utilidad del arte generativo para la comunicación de la ciencia. El flujo de trabajo se puede utilizar para traducir los datos existentes en elementos dentro de una animación. Si bien los resultados de animación de este trabajo son únicos en el sentido de que cada vez que se ejecuta el código se crea una versión diferente de la animación, los elementos visuales se escalan a datos de modelos geoquímicos y climáticos; Por lo tanto, elementos como el color, la velocidad y el tamaño permanecen constantes, siempre que los datos de entrada sigan siendo los mismos. Esto también permite la comparación directa de estos elementos visuales para sacar conclusiones sobre los datos.
Las mediciones geoquímicas de sedimentos oceánicos profundos y las estimaciones de modelos para el calentamiento antropogénico futuro se utilizan dentro de un algoritmo de ruido de Perlin11 y se transforman en instalaciones inmersivas. Las animaciones generadas a partir de datos paleoceanográficos sirven como línea de base de comparación para las estimaciones del modelo de temperaturas futuras. Los sedimentos oceánicos profundos son un archivo del clima pasado y un recurso invaluable para comprender el sistema climático12,13. Las imágenes se generan con un algoritmo Perlin Noise, seleccionado por su capacidad para mover suavemente el límite de las formas generadas. Aquí, se aplica un algoritmo de ruido de Perlin a los puntos que delinean un círculo, creando en última instancia una forma orgánica que se mueve suavemente a través del fondo. El círculo se selecciona debido a su similitud en forma con la sección transversal de un núcleo de sedimento, así como la similitud con una celda una vez que se agrega ruido al contorno. Esto genera formas orgánicas que tocan la naturaleza de estos registros geoquímicos, ya que provienen de productores primarios marinos, o pequeños organismos que fotosintetizan y consumen nutrientes y carbono en el océano13. Estos organismos cambian el clima global a través del consumo de carbono y registran cambios pasados en el océano a través de la preservación de señales climáticas en la composición química de sus conchas, que se conservan en los sedimentos oceánicos. La estratificación de formas, u orbes, en cada visual crea una acumulación de color dentro de las animaciones e insinúa la preservación de estos registros paleoceanográficos, que se conservan a través de la estratificación de sedimentos dentro de las cuencas oceánicas, vinculando aún más las imágenes a los procesos geológicos.
El código decimal rojo, verde, azul (RGB) se utiliza para escalar cuantitativamente el color con estimaciones de temperatura de productores primarios marinos que se miden en alquenonas o largas cadenas de carbono cuya estructura varía con la temperatura5. En estas imágenes, los colores rojo y naranja indican temperaturas más cálidas. Se utilizan diferentes colores en la escala de datos geoquímicos y proyecciones futuras, ya que los datos utilizados aquí no se pueden relacionar directamente (debido a la naturaleza de los datos de proyección disponibles y las regiones de interés para los autores). En futuras iteraciones, el color se puede escalar de manera similar entre todas las animaciones para permitir la comparación directa de datos.
La velocidad de los orbes se define por la tasa relativa de cambio climático, estimada como el número de etapas glaciales o interglaciales dividido por el tiempo en años. Esto se calcula contando el número de períodos glaciales o interglaciales en cada intervalo de tiempo, con cada período definido por Lisiecki y Raymo12. Las proyecciones futuras (Figura 5 y Figura 6) tienen velocidades aleatorias ya que no cubren un ciclo glacial o interglacial completo y reflejan una desviación significativa del ritmo natural del clima de la Tierra. Mientras tanto, la aleatorización de los datos no está clara en las imágenes y sirve quizás más como un paso necesario para garantizar que se pueda hacer una imagen incluso en ausencia de datos, en lugar de ser un símbolo significativo de incertidumbre para el espectador. Ciertamente hay espacio para experimentar en futuras iteraciones sobre cómo transmitir incertidumbre en formas más conmovedoras, ya que la incertidumbre no es trivial en la capacidad de comprender el clima futuro.
El tamaño de los orbes depende de la composición isotópica de nitrógeno del plancton fósil, un indicador de la absorción de nutrientes y carbono por parte de los productores primarios, lo que puede exacerbar o mitigar el cambio climático; Fue elegido porque representa un vínculo entre la biología y el clima global13. Sigue siendo incierto hasta qué punto la biología puede compensar los futuros aumentos en el dióxido de carbono atmosférico, pero la incorporación de estos datos en las imágenes sirve como un recordatorio de la complejidad del sistema climático y la intersección de la biología y la geología. De manera similar a la velocidad de los orbes, en las proyecciones futuras, no existen datos para esta métrica, por lo que se utilizan velocidades aleatorias en ausencia de datos. Otras iteraciones de este trabajo pueden reemplazar la composición isotópica de nitrógeno de los foraminíferos con la composición isotópica de oxígeno de los foraminíferos bentónicos, que se supone que refleja los cambios globales en la temperatura y el volumen de hielo12. A pesar de los desafíos en la yuxtaposición de animaciones del pasado y el futuro, este trabajo destaca las diferencias entre el cambio climático natural y antropogénico y sirve como un primer paso útil en la creación de arte climático generativo.
Con el fin de integrar animaciones en experiencias tangibles, se utilizan técnicas de proyección para crear una exposición inmersiva en la que los visitantes caminan a través del tiempo geológico y hacia el futuro. Es importante tener en cuenta que las proyecciones de temperatura de los escenarios RCP no se relacionan directamente con las temperaturas pasadas de la superficie del mar, y los proxies del registro geológico son imperfectos y tienen sus propios sesgos. No obstante, este trabajo proporciona una base para la inclusión de registros geoquímicos de aguas profundas y resultados de modelos climáticos en el arte moderno, al tiempo que elimina las barreras de entrada a la ciencia del clima.
Este trabajo se basa en la intuición abstracta de la audiencia para discernir las diferencias entre estos subconjuntos discretos de tiempo, proporcionando un nuevo medio de compromiso con los datos científicos. Sin depender del texto, el audio o el conocimiento de fondo necesario para interpretar con precisión los datos, los espectadores obtienen una idea de la magnitud y la velocidad del cambio climático a través de subconjuntos discretos de tiempo con elementos simples como el color y la velocidad que guían su intuición. Este trabajo no está exento de limitaciones; Como se señaló anteriormente, existen claras discrepancias en la disponibilidad, comparabilidad y ubicación de los datos. Si bien hemos limitado estas animaciones a las regiones y períodos de tiempo de interés del autor, este protocolo se puede aplicar fácilmente a datos de muchas más ubicaciones, que abarcan diferentes intervalos de tiempo y se comparten en formatos que aún no hemos explorado. Además, durante las exhibiciones de estas animaciones, los espectadores fueron ayudados por carteles, pantallas de microscopio y breves explicaciones verbales que proporcionaron un contexto esencial para comprender el propósito de la exhibición. Si bien este estudio no evaluó la efectividad de esta estrategia en la comunicación científica, el trabajo futuro se beneficiaría de encuestas o un análisis de estudios sociales para evaluar la efectividad de estas imágenes tanto para transmitir datos climáticos como para despertar una curiosidad en la audiencia. A pesar de estas limitaciones, este marco proporciona un medio para incorporar una amplia gama de datos geológicos y / o climáticos en el arte generativo que pueden integrarse en formatos digitales e interactivos con fines de comunicación científica.
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Disclosures
Los autores reconocen que no existen conflictos de intereses conocidos en este momento.
Acknowledgments
Nos gustaría agradecer el apoyo recibido de Georgia Rhodes y Stuart Copeland en el inicio de este proyecto: su aliento y tutoría fueron esenciales para nuestro éxito. También nos gustaría destacar la utilidad de https://p5js.org/reference/ como recurso para aprender a codificar en JavaScript. Este material se basa en el trabajo apoyado en parte por la National Science Foundation bajo el Acuerdo de Cooperación EPSCoR #OIA-1655221 y su programa Vis-a-Thon y por el 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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