Summary
כאן, פרוטוקול מוצג כדי להמחיש נתוני אקלים כמו אמנות גנרטיבית.
Abstract
היכולת להבין את האקלים המודרני נשענת על הבנה בסיסית של השתנות האקלים בעבר והדרכים שבהן כדור הארץ מיוצב על ידי משובים מקושרים. מאמר זה מציג שיטה ייחודית לתרגום תיעוד של מעברי אקלים קודמים שנשמרו במשקעים במעמקי הים לקהלים רחבים באמצעות הדמיה סוחפת. הדמיה זו היא מיצב מולטימדיה המשלב רשומות גיאוכימיות של מעברים קרחוניים ובין קרחוניים ותחזיות מודל להתחממות אנתרופוגנית עתידית כדי ליצור חוויה סוחפת עבור הצופים, המזמינה אותם לעסוק ולהרהר בהבדלים הדקים והניואנסים בין תת-קבוצות בהיסטוריה של כדור הארץ. עבודה זו מציגה חמישה מרווחי זמן, החל מתחילת המחזוריות הקרחונית-בין-קרחונית המודרנית (~ לפני מיליון שנה), ומשווה את האקלים בעבר עם תוצאות מודל להתחממות אנתרופוגנית עתידית חזויה (עד 2099). המיצב מורכב ממספר הקרנות ניסיוניות, אחת לכל תת-קבוצת זמן, המוצגות על משטחים שונים בחדר. כאשר הצופים נעים בחלל, ההקרנות עוברות באיטיות דרך מעברים אקלימיים שונים, תוך שימוש בשיטות אנימציה כמו מהירות, צבע, שכבות וחזרות, כולן נוצרות באמצעות נתונים ספציפיים לאתר כדי להעביר את ההתנהגות הייחודית של כדור הארץ בכל הקשור לאקלים העולמי. עבודה זו מספקת מסגרת להדמיית נתונים מדעית ייחודית, עם אנימציות גנרטיביות שנוצרו באמצעות אלגוריתם Perlin Noise במרכז המיצב. משתני מחקר, כמו טמפרטורת פני הים, דינמיקה של חומרי מזון וקצב שינויי האקלים, משפיעים על תוצאות צורניות כמו צבע, קנה מידה ומהירות הנפשה, שכולם קלים למניפולציה ולהתחברות לנתונים ספציפיים. גישה זו מאפשרת גם פרסום נתונים באינטרנט ומספקת מנגנון להתאמת פרמטרים חזותיים למגוון רחב של נתונים כמותיים ואיכותיים.
Introduction
אמנות גנרטיבית והשיטות הנהוגות כאן מאפשרות תרגום ישיר של נתונים כמותיים לאנימציות תוך שמירה על שלמות הנתונים. אמנים משתמשים באמנות גנרטיבית כדי לחקור תפיסות של מרחב וזמן1,2, אך אמנות גנרטיבית עדיין אינה נפוצה עם נתונים מדעיים מרחביים או זמניים. העבודה המוצגת כאן מספקת מסגרת פשוטה לשימוש במוצרים חזותיים גנרטיביים להצגת נתוני אקלים. מוצרים אלה יכולים להיות מיושמים באופן נרחב, בין אם משמשים ליצירת תערוכות אישיות או כעזר חזותי למצגת או פרסום מקוון.
שימוש במדידות או אומדנים גיאוכימיים כדי לשנות את קנה המידה של אלמנטים כגון צבע, צורה, גודל ומהירות מספק אמצעי להעברה חזותית של קצבי וסדרי גודל של שינוי מבלי לדרוש מהצופה לקרוא מאמר, לפרש גרף או להסתכל בטבלת נתונים. לחלופין, אקראיות של משתנים נבחרים משמשת כדי להעביר חוסר נתונים או אי ודאות, כמו במקרה של תחזיות עתידיות. השילוב בין עבר ועתיד גיאולוגיים הוא אולי חלק בלתי נפרד מהאפקטיביות של מוצרים אלה ככלי תקשורת מדעיים. ההתנסויות האחרונות משמשות לעתים קרובות כבסיס להשוואה לשינוי האקלים המודרני, ומקשות על הבנת סדר הגודל של שינויי אקלים אנתרופוגניים3.
מדידות גיאוכימיות המתוארות במאמר זה משתרעות על פני המעבר באמצע הפליסטוקן (MPT; לפני 1.2 מיליון עד 600,000 שנה), ומתעדות שינויים בסמוך לגבול הצפוני של האוקיינוס הדרומי מאתר התוכנית הבינלאומית לגילוי האוקיינוס U1475 4,5. נתוני MPT מוצגים בארבע אנימציות, המדגישות שינויים בתנאי האוקיינוס כאשר כוכב הלכת מתקרר והשונות הקרחונית והבין-קרחונית מוגברת6. זה מספק בסיס גיאולוגי החושף את הקצב הטבעי של אקלים כדור הארץ, תוך שימת דגש על מגמת התקררות ארוכת טווח המנוגדת לחלוטין לתחזיות האקלים העתידיות. אומדני טמפרטורה עתידיים הם ערכים ממוצעים של התוצאות של 20 מודלי אקלים תחת אילוץ של מסלול פחמן מייצג 8.5 (RCP 8.5; תרחיש עם אילוץ קרינתי של 8.5 W/m2 בשנת 2100) עבור המיקום ניו יורק, ניו יורק7. RCP 8.5 מייצג את התרחיש הגרוע ביותר של פליטות מתמשכות וכתוצאה מכך עלייה של 3.7 מעלות צלזיוס בטמפרטורה העולמית הממוצעת עד שנת 21008. לפיכך, מאמר זה מדגים אמצעי להשוואת תחזיות עתידיות לנתונים גיאולוגיים כדי להשוות את שיעורי שינויי האקלים והשתנות האקלים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הפעלת הפריטים החזותיים הקיימים
- הורד תוכנת קידוד ותצוגה חזותית (ראה טבלת חומרים).
- הורד את הנתונים והקוד. מאמר זה משתמש ב"דרגות של אי-ודאות" עם נתונים מ-Marcks et al.4 ו-Cartagena-Sierra et al.5 על מודל הגיל של Starr et al.9.
הערה: 'דרגות אי-הוודאות' מכילות חמישה קבצי קידוד, קובץ קידוד משלים 1, קובץ קידוד משלים 2, קובץ קידוד משלים 3, קובץ קידוד משלים 4 וקובץ קידוד משלים 5, עם תוכן הנוגע לכל פרק זמן של תצוגה חזותית (MPT 1, MPT 2, MPT 3, MPT 4 ועתיד, בהתאמה). כל אחד מאלה מכיל ספריות קידוד10 המשמשות להדמיות חזותיות, כמו גם תיקיות 'סקריפט' המכילות נתונים שהורדו בפורמט .csv, קוד המשמש ליצירת 'חלקיק.js' חזותיים, וקובץ אינדקס 'אינדקס.html' המקשר את כל הנתונים והקוד הרלוונטיים יחד.
- הורד את הנתונים והקוד. מאמר זה משתמש ב"דרגות של אי-ודאות" עם נתונים מ-Marcks et al.4 ו-Cartagena-Sierra et al.5 על מודל הגיל של Starr et al.9.
- פתח את תוכנת עריכת הקוד מ'דרגות אי הוודאות'.
- גרור קובץ (MPT 1, MPT 2, MPT 3 או MPT 4) לעורך הקוד כדי להציג אותו באופן חזותי.
- הקבצים מופיעים בתפריט EXPLORER בצד שמאל של החלון. בדוק את ההליך להמחשת נתונים מהתיקייה 'עתיד' בשלב 1.7.
- בתפריט EXPLORER, לחץ על התיקיה (MPT 1, MPT 2, MPT 3 או MPT 4) כדי לחשוף תפריט נפתח, לחץ על סקריפט ולאחר מכן לחץ על אינדקס.html.
הערה: הקוד מופיע בצד ימין של החלון. - לחץ לחיצה שמאלית על החלק של החלון עם קוד עבור 'index.html' ובחר פתח עם שרת חי מהתפריט.
הערה: חלון דפדפן אינטרנט נפתח ומתחיל להפעיל את הפריט החזותי. - סגירה ופתיחה מחדש של עורך הקוד עשויות להיות נחוצות בין פריטים חזותיים בעת טעינת פריט חזותי מקבוצת משנה אחרת של זמן. חזור על שלבים 1.4-1.6 עבור כל קבוצת משנה של זמן.
- כדי להציג את התצוגה החזותית בהתבסס על תחזיות עתידיות, פתח את התיקיה 'עתיד' במחשב וגרור את התיקיה 'הצטברות' או 'מעבר' לעורך הקוד. ההבדל בין הנפשות מתואר בסעיף התוצאות.
- בחר את שם התיקיה בחלון EXPLORER ולחץ על index.html. לחץ לחיצה שמאלית על החלק בחלון עם הקוד עבור 'index.html' ובחר Open with Live Server מהתפריט.
הערה: חלון דפדפן אינטרנט נפתח ומתחיל להפעיל את התצוגה החזותית, שניתן לשמור באופן מקומי במחשב על ידי הקלטת מסך.
2. עריכת ההדמיות
הערה: כדי לערוך את הפריטים החזותיים, בצע את שלבים 1.1-1.4 לעיל, לפי הצורך, כדי לטעון את הנתונים הרלוונטיים.
- בחר את תיקיית העניין בחלון EXPLORER של עורך הקוד ופתח את קובץ הסקריפט הראשי על ידי לחיצה על sketch.js.
הערה: הקובץ 'שרטוט.js' בקובץ MPT 1 (קובץ קידוד משלים 1) מכיל את הביאורים המפורטים ביותר; לכן, קובץ זה עשוי להיות שימושי ביותר עבור הכרת הקוד.- הקוד מופיע בצד ימין של חלון עורך הקוד. בצע פעולות עריכה בפרמטרים של תצוגה חזותית בתוך קוד זה. חפש ביאורי קוד עם תיאורים מפורטים של הקוד ותפקודו לאחר לוכסנים כפולים "//" ומזוהים עוד יותר על-ידי טקסט ירוק (איור משלים 1).
- הגדר את המשתנים שיקושרו לנתונים או ישמשו להתאמה אישית של פרמטרים חזותיים (איור משלים 1).
- טען את הנתונים בסביבת העבודה (איור משלים 2).
- הגדר את הפרמטרים החזותיים של בד הציור. השתמש בלולאה 'עבור' כדי לקשר נתונים למאפיינים ספציפיים; כאן, הגודל מקושר לערך איזוטופי של חנקן 'd15N' (איור משלים 3).
- השתמש בלולאה עבור כדי להגדיר אורך זנב עבור כל גלגל. הזנב מתייחס למשך הזמן שהכדורים נשארים על המסך לאחר הופעתם, מה שיוצר הצטברות של צבע ככל שהראייה מתקדמת (איור משלים 4).
הערה: כאן, אורך הזנב מותאם לקצב ההצטברות של c37 של אלקנונים. - לבסוף, ציירו את ההנפשה, תוך החלת אלגוריתם Perlin Noise11 כדי להגדיר את צורת הפריטים החזותיים (איור משלים 5).
הערה: כאן, עיגול משמש כצורת הבסיס עם רעש המוחל על הנקודות לאורך היקף המעגל. אלה 'ינענעו' את גבול המעגל, ויניבו צורה אורגנית דמוית כדור שחורג ממעגל בכמות המוגדרת על ידי הפקודה 'נענוע'. - ערוך את הקוד לפי הצורך באמצעות ביאורים כדי לסייע בשינויים.
3. שמירת העריכות
- שמור את שינויי העריכה על-ידי הקשה על המקשים Command ו - S בו-זמנית.
- הצג פריטים חזותיים מעודכנים על ידי ניווט לקובץ 'index.html' בחלון EXPLORER, לחיצה שמאלית ובחירה באפשרות פתח באמצעות שרת חי מהתפריט.
הערה: חלון דפדפן אינטרנט נפתח ומתחיל להפעיל את התצוגה החזותית, שניתן לשמור באופן מקומי במחשב על ידי הקלטת מסך.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
עבודה זו מפיקה שש הדמיות המתאימות לחמישה מרווחי זמן גיאולוגיים ייחודיים, כאשר היבטים חזותיים מותאמים לנתונים כמותיים שנמדדו על משקעים בעומק הים (איור 1, איור 2, איור 3, איור 4, וידאו 1, וידאו 2, וידאו 3 ווידאו 4) או מודלו מתרחישי RCP של הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים (IPCC) (איור 5 ואיור 6). כל תצוגה חזותית היא ייחודית וגנרטיבית, כלומר אותם נתוני קלט מניבים פלטים חזותיים שונים במקצת בכל פעם שהקוד מופעל עקב אקראיות של משתנים כגון מסלול חלקיקים וגבולות צורה. בכל ויזואליזציה, כדורים שנוצרו מאלגוריתם Perlin Noise שהוחלו על הנקודות סביב מעגל - חוצים על רקע שחור עם זנבות שקופים למחצה המתעדים את מסלוליהם. הכדורים ממשיכים לנוע על פני המסך ללא הגבלת זמן, ובסופו של דבר צוברים צבע על גבי הרקע השחור.
באיור 1, איור 2, איור 3 ואיור 4, שנוצרו מקוד ב-MPT 1-4 (קובץ קידוד משלים 1, קובץ קידוד משלים 2, קובץ קידוד משלים 3 וקובץ קידוד משלים 4), אלמנטים כגון צבע, גודל ומהירות מותאמים כמותית לאומדנים של טמפרטורת פני הים, הרכב איזוטופי של חנקן וקצב שינויי האקלים בהתבסס על מדידות גיאוכימיות של משקעים בעומק הים. הצבע נע בין כחול לאדום, כאשר המרווחים הקרים ביותר מסומנים על ידי השפע הגדול ביותר של כדורים כחולים והמרווחים החמים ביותר נשלטים על ידי כדורי אדום5. הדבר מושג על-ידי שינוי הערך המספרי של אדום בערכי הצבע אדום, ירוק, כחול (RGB), בעוד שהערכים ירוק וכחול נשמרים קבועים. הערך האדום משתנה בין 0-200 בהתאם להערכות טמפרטורת פני הים, כאשר טמפרטורות גבוהות יותר מתאימות לערך אדום גדול יותר. גודלו של כל כדור משתנה להרכב איזוטופי החנקן של פורמיניפרה פלנקטונית, הקשור לכמות החומרים המזינים והפחמן הנצרכים על ידי פיטופלנקטון4. גודלו של כל כדור משתנה בין 1-10, כאשר גדלים גדולים יותר מתאימים לערכים איזוטופיים גבוהים יותר של חנקן. מהירותו של כל כוכב לכת כשהוא נע על פני המסך מותאמת לקצב שינוי האקלים, המוערך כמספר תקופות הקרחונים והבין-קרחוניות במרווח זמן חלקי מספר השנים שכל מרווח משתרע, עם גבולות קרחוניים ובין קרחוניים כפי שהוגדרו ב-Lisiecki ו-Raymo11.
תרשים 5 ואיור 6 (וידאו 5 ווידאו 6) עולים מתחזיות של טמפרטורות ממוצעות שנתיות עבור ניו יורק, ניו יורק7. מיקומה של ניו יורק נבחר מכיוון שהיא העיר הקרובה ביותר עם נתונים זמינים למיקום התקנת ההקרנה. גם איור 5 (וידאו 5) וגם איור 6 (וידאו 6) משנים את הצבע להערכות טמפרטורה, כאשר טמפרטורות נמוכות יותר מסומנות בערכים ירוקים גדולים יותר בקוד העשרוני RGB, בעוד שערכי הצבע אדום וכחול נשארים קבועים, והתוצאה היא צבע כתום רב יותר. הנפשות עתידיות מסתמכות על יצירת מספרים אקראיים כדי לקבוע את הגודל והמהירות של כל כדור, מכיוון שפרמטרים אלה נדרשים ליצירת פריטים חזותיים אלה, אך הערכים המספריים המתאימים נותרים לא בטוחים בתחזיות עתידיות. איור 5 (וידאו 5), שנוצר באמצעות קוד 'הצטברות', הוא אנימציה דומה לוויזואליות MPT; לכדורי כדור יש זנבות שקופים למחצה, והמשך תנועת הכדורים על פני הבד גורם להצטברות צבע. איור 6 (וידאו 6), שנוצר באמצעות קוד 'מעבר', הוא חזותי פשוט יותר ללא זנבות, במקום זאת מראה רק את קווי המתאר של כדורים הנעים על רקע שחור.
פורמט המוצר מאפשר התאמה אישית והצגה של נתונים במספר דרכים. הקלטות מסך של הנפשות שנוצרו באמצעות קוד זה משמשות ליצירת תערוכות תקשורת מדע אימרסיביות פשוט על ידי חיבור מחשב או מחשב נייד למקרן והגדרת חלל תצוגה מתאים. תערוכות סוחפות ואינטראקטיביות נוצרות על ידי הצגת גלריה עם מספר מקרנים, כני ציור, לוחות קצף, שולחן צד עם מיקרוסקופ, בוץ בעומק הים ומיקרו-מאובנים שהאורחים יכולים לבחון (איור 7 ואיור 8). גלריה זו מאפשרת זרימה כיוונית של תנועה רגלית, שבה המבקרים נכנסים לחדר עם ארבעה לוחות קצף הנתמכים על ידי כני ציור. כל לוח משמש כקנבס להקרנת אחד הפריטים החזותיים MPT 4,5 (איור 7). כאשר הצופה נכנס לחדר, מעבר להקרנות MPT, מקרן נוסף מציג את חזותי העתיד על פני הקירות והרצפה של הגלריה, ומזמין את הצופה "לצעוד אל העתיד" (איור 8). מעבר לתחזית העתיד, ערוכה טבלה עם מיקרוסקופ מנתח, שקופיות מיקרוסקופ המכילות פלנקטון מאובנים ומשקעים ממעמקי הים, ומידע המסביר כיצד מדענים משתמשים בבוץ במעמקי הים כדי להבין את אקלים העבר ולחדד תחזיות אקלים עתידיות. בסופו של דבר, עבודה זו הופכת גיליונות אלקטרוניים של נתונים אוקיינוגרפיים ואקלימיים לגרפיקה המשמשת בסיס למיצב סוחף, המזמין את הקהל לצעוד בזמן גיאולוגי ולחזות בשינויי האקלים שלנו עקב מניעים טבעיים ואנתרופוגניים.
איור 1: תמונה שנוצרה מנתונים וקוד MPT 1. זה מראה את קטע הזמן הקדום ביותר (~ 1.2-1.118 מיליון שנה) לפני התארכות קרחונים והתקררות קרחונים. כדורי כדור מייצגים ערכי נתונים ייחודיים, כאשר ערכי צבע RGB מותאמים להערכות טמפרטורת פני הים המבוססות על אלקנון5, והגודל גדל כפונקציה של ההרכב האיזוטופי של חנקן של פורמיניפרה4, הקשור ליכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן באתר IODP U1475. זוהי תמונת סטילס שנלקחה מסרטון 1. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: תמונה שנוצרה מנתונים וקוד MPT 2. זה מראה את קטע הזמן השני הקדום ביותר (~ 1.112-1.06 מיליון שנה), שהוא מיד לפני התארכות הקרחונים הבין-קרחוניים והתקררות הקרחונים. כדורי כדור מייצגים ערכי נתונים ייחודיים, כאשר ערכי צבע RGB מותאמים להערכות טמפרטורת פני הים המבוססות על אלקנון5, והגודל גדל כפונקציה של ההרכב האיזוטופי של חנקן של פורמיניפרה4, הקשור ליכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן באתר IODP U1475. זוהי תמונת סטילס שנלקחה מסרטון 2. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: תמונה שנוצרה מנתונים וקוד MPT 3. זה מראה את קטע הזמן השני האחרון, כאשר מחזורי קרחונים-בין-קרחוניים מתארכים (~ 1.06 מיליון עד 900,000 שנה). כדורי כדור מייצגים ערכי נתונים ייחודיים, כאשר ערכי צבע RGB מותאמים להערכות טמפרטורת פני הים המבוססות על אלקנון5, והגודל גדל כפונקציה של ההרכב האיזוטופי של חנקן של פורמיניפרה4, הקשור ליכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן באתר IODP U1475. זוהי תמונת סטילס שנלקחה מסרטון 3. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: תמונה שנוצרה מנתונים וקוד MPT 4. זה מראה את קטע הזמן האחרון, שבו מחזורים קרחוניים-בין-קרחוניים ארוכים יותר התבססו יותר (~ 900,000-600,000 שנה). כדורי כדור מייצגים ערכי נתונים ייחודיים, כאשר ערכי צבע RGB מותאמים להערכות טמפרטורת פני הים המבוססות על אלקנון5, והגודל גדל כפונקציה של ההרכב האיזוטופי של חנקן של פורמיניפרה4, הקשור ליכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן באתר IODP U1475. זוהי תמונת סטילס שנלקחה מסרטון 4. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: תמונת הצטברות שנוצרה מנתונים וקוד עתידיים. זה מראה תחזית מודל להתחממות אנתרופוגנית עתידית המבוססת על הערכות טמפרטורה של ממוצע מודל RCP 8.5 עבור ניו יורק, ניו יורק7. הגודל והמהירות מחולקים באופן אקראי כיכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן, וקצב שינויי האקלים אינו ודאי. זוהי תמונת סטילס שנלקחה מסרטון 5. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: תמונת מעבר שנוצרה מנתונים וקוד עתידיים. זה מראה תחזית מודל להתחממות אנתרופוגנית עתידית המבוססת על הערכות טמפרטורה של ממוצע מודל RCP 8.5 עבור ניו יורק, ניו יורק7. הגודל והמהירות מחולקים באופן אקראי כיכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן, וקצב שינויי האקלים אינו ודאי. זוהי תמונת סטילס שנלקחה מסרטון 6. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 7: תמונה של מיצב הקרנה בן ארבעה פאנלים שבו נתוני MPT מוצגים מאחורי צופה וטבלת מידע מוארת. זה מראה חלק מהמיצב, כאשר הצופה נכנס לחדר שבו מוצגים נתוני MPT המוקדמים ביותר. וידאו 1, וידאו 2, וידאו 3 ווידאו4 מוקרנים בנפרד בכל חלונית, לפי הסדר משמאל לימין. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 8: תמונה של הקרנת קיר אימרסיבית. זה מראה את הצופים חולפים על פני אנימציה של הערכות טמפרטורה עתידיות מממוצע מודל RCP 8.5 עבור ניו יורק, ניו יורק7. באנימציה זו (וידאו 5), ערך הצבע הירוק RGB הוגדל באופן משמעותי, והניב תמונה בצבע צהוב יותר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
סרטון 1: אנימציה שנוצרה מנתונים וקוד MPT 1. פעולה זו מציגה וידאו מוקלט מסך של ההנפשה שנוצרה מנתונים וקוד MPT 1. זה מתאים לקטע הזמן הקדום ביותר (~ לפני 1.2-1.118 מיליון שנה) לפני התארכות הקרחונים הבין-קרחוניים והתקררות הקרחונים. כוכבי לכת מייצגים ערכי נתונים ייחודיים שבהם, ערכי צבע RGB משתנים להערכות טמפרטורת פני הים מבוססות אלקנון5, והגודל גדל כפונקציה של ההרכב האיזוטופי של החנקן של פורמיניפרה4, הקשור ליכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן באתר IODP U1475. אנא לחץ כאן כדי להוריד סרטון זה.
סרטון 2: אנימציה שנוצרה מנתונים וקוד MPT 2. זה מציג וידאו מוקלט מסך של ההנפשה שנוצרה מנתונים וקוד MPT 2. זה מתאים לקטע הזמן השני הקדום ביותר (~ 1.112-1.06 מיליון שנה), שהוא מיד לפני התארכות הקרחונים הבין-קרחוניים והתקררות הקרחונים. כדורי כדור מייצגים ערכי נתונים ייחודיים, כאשר ערכי צבע RGB מותאמים להערכות טמפרטורת פני הים המבוססות על אלקנון5, והגודל גדל כפונקציה של ההרכב האיזוטופי של חנקן של פורמיניפרה4, הקשור ליכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן באתר IODP U1475. אנא לחץ כאן כדי להוריד סרטון זה.
סרטון 3: אנימציה שנוצרה מנתונים וקוד MPT 3. זה מציג וידאו מוקלט מסך של ההנפשה שנוצר מנתונים וקוד MPT 3. זה מתאים לקטע הזמן השני האחרון, כאשר מחזורי קרחונים-בין-קרחוניים מתארכים (~ 1.06 מיליון עד 900,000 שנה). כדורי כדור מייצגים ערכי נתונים ייחודיים, כאשר ערכי צבע RGB מותאמים להערכות טמפרטורת פני הים המבוססות על אלקנון5, והגודל גדל כפונקציה של ההרכב האיזוטופי של חנקן של פורמיניפרה4, הקשור ליכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן באתר IODP U1475. אנא לחץ כאן כדי להוריד סרטון זה.
סרטון 4: אנימציה שנוצרה מנתונים וקוד MPT 4. זה מציג וידאו מוקלט מסך של ההנפשה שנוצרה מנתונים וקוד MPT 4. זה מתאים לקטע הזמן האחרון, שבו מחזורים קרחוניים-בין-קרחוניים ארוכים יותר התבססו יותר (~ לפני 900,000-600,000 שנה). כדורי כדור מייצגים ערכי נתונים ייחודיים, כאשר ערכי צבע RGB מותאמים להערכות טמפרטורת פני הים המבוססות על אלקנון5, והגודל גדל כפונקציה של ההרכב האיזוטופי של חנקן של פורמיניפרה4, הקשור ליכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן באתר IODP U1475. אנא לחץ כאן כדי להוריד סרטון זה.
סרטון 5: אנימציית צבירה שנוצרה מנתונים וקוד עתידיים. פעולה זו מציגה וידאו מוקלט מסך של ההנפשה שנוצרה מנתונים וקוד עתידיים. הצבע מותאם לתחזית מודל להתחממות אנתרופוגנית עתידית בהתבסס על הערכות טמפרטורה של ממוצעי מודל RCP 8.5 עבור ניו יורק, ניו יורק7. גודל ומהירות מחולקים באופן אקראי כיכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן, וקצב שינויי האקלים אינו ודאי. זנב מותר בקוד, וכתוצאה מכך הצטברות של צבע. אנא לחץ כאן כדי להוריד סרטון זה.
סרטון 6: הנפשת מעבר שנוצרה מנתונים וקוד עתידיים. פעולה זו מציגה וידאו מוקלט מסך של ההנפשה שנוצרה מנתונים וקוד עתידיים. הצבע מותאם לתחזית מודל להתחממות אנתרופוגנית עתידית בהתבסס על הערכות טמפרטורה של ממוצעי מודל RCP 8.5 עבור ניו יורק, ניו יורק7. גודל ומהירות מחולקים באופן אקראי כיכולתם של יצרנים ראשוניים באוקיינוס לקלוט פחמן, וקצב שינויי האקלים אינו ודאי. אסור להשתמש בזנב בקוד, וכתוצאה מכך אין הצטברות של צבע. אנא לחץ כאן כדי להוריד סרטון זה.
איור משלים 1: תמונה של תוכנת קידוד וקוד המגדירים משתנים שיקושרו לנתונים או ישמשו להתאמה אישית של פרמטרים חזותיים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
איור משלים 2: תמונה של תוכנת קידוד וקוד שטוענת נתונים לסביבת העבודה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
איור משלים 3: תמונה של תוכנת קידוד וקוד המגדירה פרמטרים חזותיים של בד הציור ומחילה לולאה עבור כדי לקשר נתונים למאפיינים חזותיים ספציפיים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
איור משלים 4: תמונה של תוכנת קידוד וקוד המחילה לולאה עבור כדי להגדיר אורך זנב עבור כל גלגל. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
איור משלים 5: תמונה של תוכנת קידוד וקוד המציירת את ההנפשה, תוך יישום אלגוריתם רעש פרלין כדי להגדיר את הצורה והתנועה של חזותיים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 1: 'דרגות אי הוודאות'_MPT 1. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 2: 'דרגות אי הוודאות'_MPT 2. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 3: 'דרגות אי הוודאות'_MPT 3. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 4: 'דרגות אי הוודאות'_MPT 4. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
קובץ קידוד משלים 5: 'דרגות אי הוודאות'_Future. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
עבודה זו מדגישה את התועלת של אמנות גנרטיבית לצורך תקשורת מדעית. ניתן להשתמש בזרימת העבודה כדי לתרגם נתונים קיימים לרכיבים בתוך הנפשה. בעוד שתוצרי האנימציה מעבודה זו ייחודיים בכך שבכל פעם שהקוד מופעל נוצרת גרסה אחרת של האנימציה, האלמנטים החזותיים מותאמים לנתוני מודלים גיאוכימיים ואקלימיים; לפיכך, רכיבים כגון צבע, מהירות וגודל נשארים קבועים, כל עוד נתוני הקלט נשארים זהים. זה גם מאפשר השוואה ישירה של אלמנטים חזותיים אלה כדי להסיק מסקנות על הנתונים.
מדידות גיאוכימיות משקעי מעמקי האוקיינוס והערכות מודל להתחממות אנתרופוגנית עתידית משמשות באלגוריתם רעש פרלין11 והופכות למתקנים אימרסיביים. אנימציות הנוצרות מנתונים פליאוקיינוגרפיים משמשות כבסיס השוואה להערכות המודל של טמפרטורות עתידיות. משקעי מעמקי האוקיינוס הם ארכיון של אקלים העבר ומשאב רב ערך להבנת מערכת האקלים12,13. הפריטים החזותיים נוצרים באמצעות אלגוריתם Perlin Noise, שנבחר בשל יכולתו להזיז בצורה חלקה את גבול הצורות שנוצרו. כאן, אלגוריתם רעש פרלין מוחל על הנקודות המתארות עיגול, ובסופו של דבר יוצר צורה אורגנית הנעה בצורה חלקה על פני הרקע. העיגול נבחר בשל הדמיון בצורתו לחתך הרוחב של ליבת משקעים, כמו גם הדמיון לתא ברגע שמוסיפים רעש לקווי המתאר. זה יוצר צורות אורגניות שנוגעות לטבען של רשומות גיאוכימיות אלה מכיוון שהן מגיעות מיצרנים ראשוניים ימיים, או אורגניזמים קטנים שמבצעים פוטוסינתזה וצורכים חומרי מזון ופחמן באוקיינוס13. אורגניזמים אלה גם משנים את האקלים העולמי באמצעות צריכת פחמן וגם מתעדים שינויים בעבר באוקיינוס באמצעות שימור אותות אקלימיים בהרכב הכימי של הקונכיות שלהם, אשר נשמרים במשקעי האוקיינוס. שכבות הצורות, או הכדורים, בכל חזותי יוצרים הצטברות של צבע בתוך האנימציות ומרמזים על שימור רשומות פליאוקיינוגרפיות אלה, הנשמרות באמצעות שכבות של משקעים בתוך אגני האוקיינוס, וקושרות עוד יותר את החזותיים לתהליכים גיאולוגיים.
הקוד העשרוני אדום, ירוק, כחול (RGB) משמש לקנה מידה כמותי של צבע עם הערכות טמפרטורה של יצרנים ראשוניים ימיים הנמדדים על אלקנונים, או שרשראות פחמן ארוכות שהמבנה שלהן משתנה עם טמפרטורה5. בתמונות אלה, צבעים אדומים וכתומים מצביעים על טמפרטורות חמות יותר. צבעים שונים משמשים בקנה מידה של נתונים גיאוכימיים ותחזיות עתידיות מכיוון שהנתונים המשמשים כאן אינם ניתנים להתייחסות ישירה (בשל אופי נתוני ההקרנה הזמינים והאזורים המעניינים את המחברים). באיטרציות עתידיות, ניתן לשנות את קנה המידה של הצבע באופן דומה בין כל ההנפשות כדי לאפשר השוואה ישירה של נתונים.
מהירות כדור הארץ מוגדרת על ידי הקצב היחסי של שינוי האקלים, המוערך כמספר השלבים הקרחוניים או הבין-קרחוניים חלקי הזמן בשנים. זה מחושב על ידי ספירת מספר תקופות קרחוניות או בין-קרחוניות בכל מרווח זמן, כאשר כל תקופה מוגדרת על ידי Lisiecki & Raymo12. תחזיות העתיד (איור 5 ואיור 6) כוללות מהירויות אקראיות מכיוון שהן אינן מכסות מחזור קרחוני או בין-קרחוני שלם ומשקפות סטייה משמעותית מהקצב הטבעי של אקלים כדור הארץ. בינתיים, האקראיות של הנתונים אינה ברורה בוויזואליה ומשמשת אולי יותר כצעד הכרחי כדי להבטיח שניתן יהיה ליצור ויזואליה גם בהיעדר נתונים, במקום להיות סמל משמעותי של חוסר ודאות לצופה. בהחלט יש מקום להתנסות באיטרציות עתידיות כיצד להעביר אי-ודאות בצורות נוקבות יותר, שכן אי-ודאות אינה טריוויאלית ביכולת להבין את האקלים העתידי.
גודלם של כדורי הכדור תלוי בהרכב האיזוטופי של החנקן של פלנקטון מאובנים, פרוקסי לספיגת חומרי מזון ופחמן על ידי יצרנים ראשוניים, מה שעלול להחמיר או למתן את שינויי האקלים; הוא נבחר מכיוון שהוא מייצג קשר בין ביולוגיה לאקלים עולמי13. עדיין לא ברור באיזו מידה תוכל הביולוגיה לפצות על עלייה עתידית בפחמן הדו-חמצני באטמוספירה, אך שילוב נתונים אלה בוויזואליה משמש תזכורת למורכבות מערכת האקלים ולהצטלבות הביולוגיה והגיאולוגיה. בדומה למהירות של כדורים, בתחזיות עתידיות לא קיימים נתונים עבור מדד זה, ולכן נעשה שימוש במהירויות אקראיות בהיעדר נתונים. גרסאות אחרות של עבודה זו עשויות להחליף את ההרכב האיזוטופי של החנקן של פורמיניפרה בהרכב איזוטופי החמצן של פורמיניפרה בנטית, אשר מניחים שהוא משקף שינויים גלובליים בטמפרטורה ובנפח הקרח12. למרות האתגרים בהצבת אנימציות של עבר ועתיד, עבודה זו מדגישה את ההבדלים בין שינויי אקלים טבעיים ואנתרופוגנים ומשמשת צעד ראשון שימושי ביצירת אמנות אקלים גנרטיבית.
על מנת לשלב אנימציות בחוויות מוחשיות, נעשה שימוש בטכניקות הקרנה ליצירת תערוכה סוחפת שבה האורחים צועדים בזמן גיאולוגי אל העתיד. חשוב לציין כי תחזיות טמפרטורה מתרחישי RCP אינן קשורות ישירות לטמפרטורות פני הים בעבר, ופרוקסי מהתיעוד הגיאולוגי אינם מושלמים ומחזיקים בהטיות משלהם. עם זאת, עבודה זו מספקת בסיס להכללת רשומות גיאוכימיות במעמקי הים ותפוקות מודל אקלים באמנות המודרנית, תוך ביטול חסמי כניסה למדעי האקלים.
עבודה זו מסתמכת על האינטואיציה המופשטת של הקהל כדי להבחין בהבדלים בין תת-קבוצות נפרדות אלה של זמן, ומספקת אמצעי חדשני לעיסוק בנתונים מדעיים. מבלי להסתמך על טקסט, אודיו או ידע הרקע הדרוש כדי לפרש נתונים במדויק, הצופים מקבלים תחושה של גודל וקצב שינוי האקלים באמצעות תת-קבוצות נפרדות של זמן עם אלמנטים פשוטים כגון צבע ומהירות המנחים את האינטואיציה שלהם. עבודה זו אינה נטולת מגבלות; כפי שצוין לעיל, קיימים פערים ברורים בזמינות הנתונים, ביכולת ההשוואה ובמיקום. למרות שהגבלנו הנפשות אלה לאזורים ולתקופות הזמן המעניינות של המחבר, פרוטוקול זה יכול להיות מיושם בקלות על נתונים ממיקומים רבים יותר, המשתרעים על פני מרווחי זמן שונים, ומשותפים בפורמטים שעדיין לא חקרנו. יתר על כן, במהלך התערוכות של אנימציות אלה, הצופים נעזרו בכרזות, תצוגות מיקרוסקופ והסברים מילוליים קצרים שסיפקו הקשר חיוני להבנת מטרת התערוכה. בעוד שמחקר זה לא העריך את האפקטיביות של אסטרטגיה זו על תקשורת מדעית, עבודה עתידית תפיק תועלת מסקרים או ניתוח מחקרים חברתיים כדי להעריך את האפקטיביות של חזותיים אלה הן בהעברת נתוני אקלים והן בהצתת סקרנות בקרב הקהל. למרות מגבלות אלה, מסגרת זו מספקת אמצעי לשילוב מגוון רחב של נתונים גיאולוגיים ו / או אקלימיים באמנות גנרטיבית אשר ניתן לשלב בפורמטים דיגיטליים ואינטראקטיביים לצורך תקשורת מדעית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מודים כי לא ידוע על ניגודי עניינים בשלב זה
Acknowledgments
ברצוננו להכיר בתמיכה שקיבלו מג'ורג'יה רודס וסטיוארט קופלנד בתחילת הפרויקט הזה - העידוד והחניכה שלהם היו חיוניים להצלחתנו. ברצוננו גם להדגיש את התועלת של https://p5js.org/reference/ כמשאב בלימוד קוד ב- JavaScript. חומר זה מבוסס על עבודה הנתמכת בחלקה על ידי הקרן הלאומית למדע במסגרת הסכם שיתוף הפעולה EPSCoR #OIA-1655221 ותוכנית Vis-a-Thon שלהם ועל ידי מענק הים של רוד איילנד [NA23OAR4170086].
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Easel | Uline | H-1450SIL | Telescoping easel to hold foam core board |
| Foam Core Poster Board | Royal Brites | #753064 | Foam core board used as a canvas for projection |
| Live Server | Microsoft; Publisher: Ritwick Dey | Version 5.7.9 | Software extension for Visual Studio Code which allows for viewing of animations in a browser window. Downloaded at: https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=ritwickdey.LiveServer |
| Throw Projector | Optoma | 796435814076 | Any model throw projector which will work for projection surface/distance desired |
| Visual Studio Code | Microsoft | Version 1.74 for MAC OS | Software for code editing and execusion. Downloaded at : https://code.visualstudio.com/ |
References
- Anadol, R. efik Refik Anadol. , Refik Anadol Studio, LLC. refikanadol.com/information/ (2023).
- Lieberman, Z. Paint with your Feet. , YesYesNo. www.yesyesno.com/nike-collab-paint-with-your-feet (2011).
- Moore, F. C., Obradovich, N., Lehner, F., Baylis, P. Rapidly declining remarkability of temperature anomalies may obscure public perception of climate change. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (11), 4905-4910 (2019).
- Marcks, B. A. δ15N in planktonic foraminifera species G. bulloides and G. inflata from IODP Site 361-U1475. [Dataset]. PANGAEA. , (2022).
- Cartagena-Sierra, A. Latitudinal migrations of the subtropical front at the Agulhas plateau through the mid-Pleistocene transition. Paleoceanography and Paleoclimatology. 36 (7), e2020PA004084 (2021).
- Ford, H. L., Chalk, T. B.
- U.S. Climate Resilience Toolkit Climate Explorer. , U.S. Federal Government. Available from: https://crt-climate-explorer.nemac.org/ (2021).
- Stocker, T. IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. , Cambridge University Press. Cambridge. 1535 (2013).
- Starr, A., et al. Antarctic icebergs reorganize ocean circulation during Pleistocene glacials. Nature. 589 (7841), 236-241 (2021).
- Li, Q., McCarthy, L. L. P5.js. , p5js.org/ (2023).
- Perlin, K.
- Lisiecki, L. E., Raymo, M. E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records. Paleoceanography. 20 (1), PA1003 (2005).
- Robinson, R. S. Insights from fossil-bound nitrogen isotopes in diatoms, foraminifera, and corals. Annual Review of Marine Science. 15, 407-430 (2023).
