方法論記事

ジェネレーティブアートを使用して過去と未来の気候変動を伝える

DOI：

10.3791/65073

⸱

2023年3月31日

 , 
1Graduate School of Oceanography, University of Rhode Island, 2Rhode Island School of Design

この記事について

サマリー

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ここでは、気候データをジェネレーティブアートとして視覚化するためのプロトコルが提示されています。

要約

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現代の気候を理解する能力は、過去の気候変動と、相互に関連するフィードバックによって地球が安定する方法の基本的な理解に依存しています。この記事では、没入型の視覚化を通じて、深海堆積物に保存されている過去の気候変動の記録を幅広い聴衆に変換する独自の方法を紹介します。このビジュアライゼーションは、氷河と間氷期の遷移の地球化学的記録と将来の人為的温暖化のモデル予測を組み込んだマルチメディアインスタレーションであり、視聴者に没入型の体験を提供し、地球の歴史のサブセット間の微妙で微妙な違いに関与し、熟考するように促します。この研究では、現代の氷期-間氷期の周期性の開始(~100万年前)から始まり、過去の気候と予測される将来の人為的温暖化(2099年まで)のモデル結果を比較する5つの時間間隔を紹介しています。インスタレーションは、部屋のさまざまな表面に表示される、時間のサブセットごとに1つずつ、いくつかの実験的な投影で構成されています。視聴者が空間を移動すると、投影は、速度、色、レイヤー、繰り返しなどのアニメーション手法を使用して、さまざまな気候遷移をゆっくりと循環し、すべてサイト固有のデータを介して生成され、地球の気候に関連する惑星のユニークな動作を伝えます。この作品は、インスタレーションの中心にPerlin Noiseアルゴリズムを使用して作成された生成アニメーションを使用して、独自の科学データの視覚化のためのフレームワークを提供します。海面水温、栄養塩の動態、気候変動の速度などの研究変数は、色、縮尺、アニメーションの速度などの正式な結果に影響を与え、これらはすべて簡単に操作でき、特定のデータに接続できます。このアプローチはまた、データをオンラインで公開する可能性を可能にし、視覚的パラメータを多種多様な定量的および定性的データにスケーリングするためのメカニズムを提供する。

概要

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ジェネレーティブアートとここで採用されている方法は、データの整合性を維持しながら、定量的データをアニメーションに直接変換することを可能にします。アーティストはジェネレーティブアートを使用して空間と時間の認識を探求しますが1,2、ジェネレーティブアートは、空間的または時間的な科学的データではまだ一般的に使用されていません。ここで紹介する作業は、ジェネレーティブビジュアル製品を使用して気候データを紹介するための簡単なフレームワークを提供します。これらの製品は、対面式の展示の作成に使用する場合でも、プレゼンテーションやオンライン出版物の視覚補助として使用する場合でも、広く適用できます。

地球化学的測定または推定を使用して、色、形状、サイズ、速度などの要素をスケーリングすると、視聴者が論文を読んだり、グラフを解釈したり、データテーブルを調べたりすることなく、変化の速度と大きさを視覚的に伝える手段が提供されます。あるいは、選択された変数のランダム化は、将来の予測の場合のように、データの欠如または不確実性を伝えるために使用されます。地質学の過去と未来の並置は、おそらく科学コミュニケーションツールとしてのこれらの製品の有効性に不可欠です。最近の経験は、現代の気候変動の比較のベースラインとなることが多く、人為的な気候変動の規模を把握することは困難になっています3。

この論文で視覚化された地球化学的測定は、更新世中期の遷移(MPT;120万〜60万年前)に及び、国際海洋発見プログラムサイトU1475 4,5から南極海の北の境界近くの変化を記録しました。MPTデータは4つのアニメーションで表示され、惑星が冷え込み、氷河と間氷期の変動が増幅されるにつれて海洋条件の変化が強調されています6。これは、地球の気候の自然なリズムを明らかにする地質学的ベースラインを提供し、将来の気候予測とはまったく対照的な長期的な寒冷化傾向を強調します。将来の気温推定値は、ニューヨーク州ニューヨーク7の代表的な炭素経路8.5(RCP 8.5、2100年の放射強制力8.5 W / m2のシナリオ)の強制力の下での20の気候モデルの結果の平均値です。RCP 8.5は、2100年までに世界の平均気温が3.7°C上昇する持続的な排出量の最悪のシナリオを表しています8。したがって、この記事では、将来の予測を地質学的データと比較して、気候変動の速度と気候変動を比較する方法を示します。

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プロトコル

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1. 既存のビジュアライゼーションを再生する

  1. コーディングおよび視覚化ソフトウェアをダウンロードします( 材料表を参照)。
    1. データとコードをダウンロードします。この記事では、Starr et al.9の年齢モデルについて、Marcks et al.4とCartagena-Sierra et al.5のデータで「不確実性の程度」を使用しています。
      注:「不確実性の程度」には、補足コーディングファイル1、補足コーディングファイル2、補足コーディングファイル3、補足コーディングファイル 4、および補足コーディングファイル5の5つの コーディングファイルが含まれており、視覚化の各期間(それぞれMPT 1、MPT 2、MPT 3、MPT 4、および将来)に関する内容が含まれています。これらのそれぞれには、視覚化に使用されるコーディングライブラリ10 、.csv形式でダウンロードされたデータを含む「スクリプト」フォルダー、ビジュアル「粒子.js」の生成に使用されるコード、およびすべての関連データとコードをリンクするインデックスファイル「index.html」が含まれています。
  2. 「不確実性の程度」からコード編集ソフトウェアを開きます。
  3. ファイル (MPT 1、MPT 2、MPT 3、または MPT 4) をコード エディターにドラッグして視覚化します。
    1. ウィンドウの左側にある [エクスプローラー] メニューにファイルが表示されます。手順1.7の「Future」フォルダのデータを視覚化する手順を確認してください。
  4. [エクスプローラー] メニューで、フォルダー (MPT 1、MPT 2、MPT 3、または MPT 4) をクリックしてドロップダウン メニューを表示し、[ スクリプト]、[ index.html] の順にクリックします。
    メモ: コードはウィンドウの右側に表示されます。
  5. 「index.htmlのコードを含むウィンドウの部分を左クリックし、メニューから [ライブサーバーで開く ]を選択します。
    注: インターネット ブラウザー ウィンドウが開き、ビジュアライゼーションの再生が開始されます。
  6. コード エディターを閉じて再度開くことは、時間の異なるサブセットからビジュアルを読み込むときに、視覚化の間に必要になる場合があります。時間のサブセットごとに手順1.4〜1.6を繰り返します。
  7. 将来の予測に基づいてビジュアライゼーションを表示するには、コンピューターの [将来] フォルダーを開き、[累積] フォルダーまたは [遷移] フォルダーをコード エディターにドラッグします。アニメーションの違いについては、「結果」セクションで説明します。
  8. エクスプローラーウィンドウでフォルダー名を選択し 、index.htmlをクリックします。「index.htmlのコードを含むウィンドウの部分を左クリックし、メニューから [ライブサーバーで開く ]を選択します。
    注: インターネット ブラウザー ウィンドウが開き、ビジュアライゼーションの再生が開始され、画面記録によってコンピューターにローカルに保存できます。

2. ビジュアライゼーションの編集

注: ビジュアライゼーションを編集するには、必要に応じて上記の手順 1.1-1.4 に従って、関連するデータを読み込みます。

  1. コード エディターの EXPLORER ウィンドウで目的のフォルダーを選択し 、sketch.js をクリックしてメイン スクリプト ファイルを開きます。
    注: MPT 1 (補足コーディング ファイル 1) の 'sketch.js' ファイルには、最も詳細な注釈が含まれています。したがって、このファイルはコードに慣れるのに最も役立つ場合があります。
    1. コードは、コード エディター ウィンドウの右側に表示されます。このコード内の視覚化パラメーターを編集します。コードとその機能の詳細な説明が二重スラッシュ "//" に続き、緑色のテキストでさらに識別されるコード注釈を探します (補足図 1)。
    2. データにリンクする変数、またはビジュアル パラメーターのカスタマイズに使用する変数を定義します (補足図 1)。
    3. データをワークスペースに読み込みます (補足図 2)。
    4. キャンバスのビジュアルパラメータを定義します。「for」ループを使用して、データを特定の特性にリンクします。ここで、サイズは窒素同位体値「d15N」にリンクされています(補足図3)。
    5. for ループを使用して、各 Orb のテールの長さを定義します。尾は、オーブが現れてから画面にとどまる時間の長さを指し、視覚が進むにつれて色の蓄積を作成します(補足図4)。
      注:ここでは、尾の長さはアルケノンのc37の蓄積率に合わせてスケーリングされます。
    6. 最後に、アニメーションを描画し、パーリンノイズアルゴリズム11 を適用してビジュアルの形状を定義します(補足図5)。
      注: ここでは、円がベース形状として使用され、円の円周に沿った点にノイズが適用されます。これらは円の境界を「小刻みに動かし」、「小刻みに動かす」コマンドで定義された量だけ円から逸脱する有機的なオーブのような形状を生成します。
    7. 必要に応じて、変更を支援する注釈を使用してコードを編集します。

3. 編集内容の保存

  1. コマンドキーとSキーを同時に押して、編集内容を保存します。
  2. 更新されたビジュアルを表示するには、EXPLORER ウィンドウで 'index.html' ファイルに移動し、左クリックして、メニューから [ ライブ サーバーで開く ] を選択します。
    注: インターネット ブラウザー ウィンドウが開き、ビジュアライゼーションの再生が開始され、画面記録によってコンピューターにローカルに保存できます。

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結果

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この作業により、地質学的時間の5つの固有の間隔に対応する6つの視覚化が生成され、視覚的側面は、深海堆積物で測定された定量的データ(図1、図2、図3、図4、ビデオ1、ビデオ2、ビデオ3、およびビデオ4)または気候変動に関する政府間パネル(IPCC)のRCPシナリオからモデル化された定量的データ(図5および図6 ).各ビジュアライゼーションは一意で生成的であるため、粒子の軌跡や形状の境界などの変数がランダム化されるため、同じ入力データでもコードが実行されるたびにわずかに異なるビジュアル出力が生成されます。各ビジュアライゼーションでは、パーリンノイズアルゴ...

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ディスカッション

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この作品は、科学コミュニケーションを目的としたジェネレーティブアートの有用性を強調しています。ワークフローを使用して、既存のデータをアニメーション内の要素に変換できます。この作業からのアニメーション出力は、コードが実行されるたびに異なるバージョンのアニメーションが作成され、視覚要素が地球化学および気候モデルデータにスケーリングされるという点で独特です。したがって、入力データが同じである限り、色、速度、サイズなどの要素は一定のままです。これにより、これらの視覚要素を直接比較して、データに関する結論を導き出すこともできます。

深海堆積物からの地球化学的測定と将来の人為的温暖化のモデル推定は、パーリンノイズアルゴリズム11内で使用され、没入型設備に変換されます。古海洋データから生成されたアニメーションは、将来の気温のモデル推定値の比較のベースラインとして機能します。深海堆積物は過去の気候のアーカイブであり、気候システムを理解するための貴重なリソースです12,13

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開示事項

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著者らは、現時点では既知の利益相反は存在しないことを認めている

謝辞

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このプロジェクトの開始時にジョージアローズとスチュアートコープランドから受けたサポートに感謝したいと思います-彼らの励ましと指導は私たちの成功に不可欠でした。また、JavaScriptでのコーディングを学ぶためのリソースとしての https://p5js.org/reference/ の有用性を強調したいと思います。この資料は、EPSCoR協力協定 #OIA-1655221とそのVis-a-Thonプログラムに基づく国立科学財団、およびロードアイランドシーグラント[NA23OAR4170086]によって部分的にサポートされている作業に基づいています。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
イーゼルUlineH-1450SILはめ込み式イーゼルフォームコアボードを保持するフォーム
コアポスターボードロイヤルブライツ#753064プロジェクションライブサーバーのキャンバスとして使用されるフォームコアボード
。出版社:Ritwick Deyバージョン5.7.9Visual Studio Codeのソフトウェア拡張機能で、ブラウザウィンドウでアニメーションを表示することができます。ダウンロード先:https://marketplace.visualstudio.com/items?itemName=ritwickdey.LiveServer
スロープロジェクターOptoma796435814076任意のモデルのスロープロジェクターは、投影面/距離を希望 で動作します。
Visual Studio CodeMicrosoftVersion 1.74 for MAC OSコード編集および実行用ソフトウェアダウンロード場所 : https://code.visualstudio.com/

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Anadol, R. efik Refik Anadol. , Refik Anadol Studio, LLC. refikanadol.com/information/ (2023).
  2. Lieberman, Z. Paint with your Feet. , YesYesNo. www.yesyesno.com/nike-collab-paint-with-your-feet (2011).
  3. Moore, F. C., Obradovich, N., Lehner, F., Baylis, P. Rapidly declining remarkability of temperature anomalies may obscure public perception of climate change. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (11), 4905-4910 (2019).
  4. Marcks, B. A. δ15N in planktonic foraminifera species G. bulloides and G. inflata from IODP Site 361-U1475. [Dataset]. PANGAEA. , (2022).
  5. Cartagena-Sierra, A. Latitudinal migrations of the subtropical front at the Agulhas plateau through the mid-Pleistocene transition. Paleoceanography and Paleoclimatology. 36 (7), e2020PA004084(2021).
  6. Ford, H. L., Chalk, T. B. The mid-Pleistocene enigma. Oceanography. 33 (2), 101-103 (2020).
  7. U.S. Climate Resilience Toolkit Climate Explorer. , U.S. Federal Government. Available from: https://crt-climate-explorer.nemac.org/ (2021).
  8. Stocker, T. IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. , Cambridge University Press. Cambridge. 1535(2013).
  9. Starr, A., et al. Antarctic icebergs reorganize ocean circulation during Pleistocene glacials. Nature. 589 (7841), 236-241 (2021).
  10. Li, Q., McCarthy, L. L. P5.js. , p5js.org/ (2023).
  11. Perlin, K. Improving noise. Proceedings of the 29th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques. , 681-682 (2002).
  12. Lisiecki, L. E., Raymo, M. E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records. Paleoceanography. 20 (1), PA1003(2005).
  13. Robinson, R. S. Insights from fossil-bound nitrogen isotopes in diatoms, foraminifera, and corals. Annual Review of Marine Science. 15, 407-430 (2023).

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