Summary
Her præsenteres en protokol til at visualisere klimadata som generativ kunst.
Abstract
Evnen til at forstå det moderne klima er afhængig af en grundlæggende forståelse af tidligere klimavariabilitet og de måder, hvorpå planeten stabiliseres af sammenkoblede feedbacks. Denne artikel præsenterer en unik metode til at oversætte optegnelser over tidligere klimaovergange bevaret i dybhavssedimenter til et bredt publikum gennem en fordybende visualisering. Denne visualisering er en multimedieinstallation, der inkorporerer geokemiske optegnelser over glaciale og interglaciale overgange og modelforudsigelser for fremtidig menneskeskabt opvarmning for at skabe en fordybende oplevelse for seerne og invitere dem til at engagere sig i og reflektere over de subtile, nuancerede forskelle mellem delmængder af Jordens historie. Dette arbejde viser fem tidsintervaller, begyndende med starten på moderne glacial-interglacial cyklicitet (~ en million år siden), og sammenligner tidligere klima med modelresultater for forventet fremtidig menneskeskabt opvarmning (indtil 2099). Installationen består af flere eksperimentelle projektioner, en for hver delmængde af tid, vist på forskellige overflader i et rum. Når seerne bevæger sig gennem rummet, cykler fremskrivningerne langsomt gennem forskellige klimatiske overgange ved hjælp af animationsmetoder som hastighed, farve, lagdeling og gentagelse, alt sammen genereret gennem stedspecifikke data for at formidle planetens unikke adfærd, når den vedrører det globale klima. Dette arbejde giver en ramme for unik videnskabelig datavisualisering med generative animationer oprettet ved hjælp af en Perlin Noise-algoritme i midten af installationen. Forskningsvariabler, som havoverfladetemperatur, næringsstofdynamik og hastigheden af klimaændringer, påvirker formelle resultater som farve, skala og animationshastighed, som alle er nemme at manipulere og oprette forbindelse til specifikke data. Denne tilgang giver også mulighed for at offentliggøre data online og giver en mekanisme til skalering af visuelle parametre til en bred vifte af kvantitative og kvalitative data.
Introduction
Generativ kunst og de metoder, der anvendes her, giver mulighed for direkte oversættelse af kvantitative data til animationer, samtidig med at dataenes integritet bevares. Kunstnere bruger generativ kunst til at udforske opfattelser af rum og tid1,2, men generativ kunst er endnu ikke almindeligt anvendt med rumlige eller tidsmæssige videnskabelige data. Det arbejde, der præsenteres her, giver en enkel ramme for brug af generative visuelle produkter til at fremvise klimadata. Disse produkter kan anvendes bredt, uanset om de bruges til at oprette personlige udstillinger eller som et visuelt hjælpemiddel til en præsentation eller online publikation.
Brug af geokemiske målinger eller estimater til at skalere elementer som farve, form, størrelse og hastighed giver et middel til visuelt at formidle ændringshastigheder og -størrelser uden at kræve, at seeren læser et papir, fortolker en graf eller kigger gennem en datatabel. Alternativt bruges randomiseringen af udvalgte variabler til at formidle mangel på data eller usikkerhed, som i tilfælde af fremtidige fremskrivninger. Sammenstillingen af geologisk fortid og fremtid er måske integreret i effektiviteten af disse produkter som videnskabelige kommunikationsværktøjer. Nylige erfaringer tjener ofte som sammenligningsgrundlag for moderne klimaændringer, hvilket gør det vanskeligt at forstå omfanget af menneskeskabte klimaændringer3.
Geokemiske målinger visualiseret i denne artikel spænder over overgangen fra midten af Pleistocæn (MPT; 1,2 millioner til 600.000 år siden) og registrerer ændringer nær den nordlige grænse af Sydhavet fra International Ocean Discovery Program Site U1475 4,5. MPT-dataene præsenteres i fire animationer, som fremhæver ændringer i havforholdene, efterhånden som planeten afkøles, og glacial og interglacial variabilitet forstærkes6. Dette giver en geologisk basislinje, der afslører den naturlige rytme i Jordens klima og understreger en langsigtet afkølingstendens, der står i skarp kontrast til fremtidige klimafremskrivninger. Fremtidige temperaturestimater er gennemsnitsværdier af resultaterne af 20 klimamodeller under tvang af Representative Carbon Pathway 8.5 (RCP 8.5; scenario med en strålingskraft på 8.5 W/m2 i år 2100) for placeringen New York, NY7. RCP 8.5 repræsenterer det værst tænkelige scenarie med vedvarende emissioner, der resulterer i en stigning på 3,7 °C i den gennemsnitlige globale temperatur inden 21008. Således demonstrerer denne artikel et middel til at sammenligne fremtidige fremskrivninger med geologiske data for at sammenligne hastigheder for klimaændringer og klimavariabilitet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Afspilning af de eksisterende visualiseringer
- Download kodnings- og visualiseringssoftware (se materialetabel).
- Download data og kode. Denne artikel bruger 'grader af usikkerhed' med data fra Marcks et al.4 og Cartagena-Sierra et al.5 om aldersmodellen fra Starr et al.9.
BEMÆRK: 'Usikkerhedsgraderne' indeholder fem kodningsfiler, Supplementary Coding File 1, Supplementary Coding File 2, Supplementary Coding File 3, Supplementary Coding File 4 og Supplementary Coding File 5, med indhold, der vedrører hver tidsperiode for visualisering (henholdsvis MPT 1, MPT 2, MPT 3, MPT 4 og Future). Hver af disse indeholder kodningsbiblioteker10, der bruges til visualiseringer, samt 'Script'-mapper, der indeholder downloadede data i .csv format, kode, der bruges til at generere visuals 'partikel.js', og en indeksfil 'index.html', der forbinder alle relevante data og kode sammen.
- Download data og kode. Denne artikel bruger 'grader af usikkerhed' med data fra Marcks et al.4 og Cartagena-Sierra et al.5 om aldersmodellen fra Starr et al.9.
- Åbn koderedigeringssoftwaren fra 'usikkerhedens grader'.
- Træk en fil (MPT 1, MPT 2, MPT 3 eller MPT 4) til kodeeditoren for at visualisere den.
- Filerne vises i menuen EXPLORER i venstre side af vinduet. Kontroller proceduren for visualisering af data fra mappen 'Fremtid' i trin 1.7.
- I EXPLORER-menuen skal du klikke på mappen (MPT 1, MPT 2, MPT 3 eller MPT 4) for at afsløre en rullemenu, klikke på script og derefter klikke på indeks.html.
BEMÆRK: Koden vises i højre side af vinduet. - Venstreklik på den del af vinduet, der indeholder kode for 'indeks.html', og vælg åben med live server i menuen.
BEMÆRK: Et internetbrowservindue åbnes og begynder at afspille visualiseringen. - Det kan være nødvendigt at lukke og genåbne kodeeditoren mellem visualiseringer, når en visualisering indlæses fra et andet undersæt af tid. Gentag trin 1.4-1.6 for hvert undersæt af tid.
- For at se visualiseringen baseret på fremtidige fremskrivninger skal du åbne mappen 'Fremtid' på computeren og trække enten mappen 'Akkumulering' eller 'Overgang' til kodeeditoren. Forskellen mellem animationer er beskrevet i resultatafsnittet.
- Vælg mappenavnet i EXPLORER-vinduet, og klik på indeks.html. Venstreklik på den del af vinduet, der indeholder kode for 'indeks.html', og vælg åben med live server i menuen.
BEMÆRK: Et internetbrowservindue åbnes og begynder at afspille visualiseringen, som kan gemmes lokalt på en computer ved skærmoptagelse.
2. Redigering af visualiseringerne
BEMÆRK: Hvis du vil redigere visualiseringerne, skal du følge trin 1.1-1.4 ovenfor efter behov for at indlæse de relevante data.
- Vælg mappen af interesse i EXPLORER-vinduet i kodeeditoren, og åbn hovedscriptfilen ved at klikke på skitse.js.
BEMÆRK: 'Skitse.js'-filen i MPT 1 (supplerende kodningsfil 1) indeholder de mest detaljerede anmærkninger; Således kan denne fil være den mest nyttige til at gøre koden bekendt.- Koden vises i højre side af kodeeditorvinduet. Udfør eventuelle redigeringer af visualiseringsparametre i denne kode. Se efter kodeanmærkninger med detaljerede beskrivelser af koden og dens funktion efter dobbelt skråstreg "//" og yderligere identificeret med grøn tekst (supplerende figur 1).
- Definer de variabler, der skal sammenkædes med data eller bruges til at tilpasse visuelle parametre (supplerende figur 1).
- Indlæs dataene i arbejdsområdet (supplerende figur 2).
- Definer lærredets visuelle parametre. Brug en 'for'-løkke til at linke data til specifikke egenskaber; her er størrelsen knyttet til kvælstofisotopværdien 'd15N' (supplerende figur 3).
- Brug en for-løkke til at definere en halelængde for hver kugle. Halen refererer til den tid, kuglerne forbliver på skærmen efter at have dukket op, hvilket skaber en akkumulering af farve, efterhånden som det visuelle skrider frem (supplerende figur 4).
BEMÆRK: Her skaleres halelængden til akkumuleringshastigheden for alkenonernes c37. - Til sidst skal du tegne animationen ved at anvende en Perlin Noise-algoritme11 til at definere formen på det visuelle (supplerende figur 5).
BEMÆRK: Her bruges en cirkel som basisform med støj påført punkterne langs cirklens omkreds. Disse vil 'vrikke' cirklens grænse, hvilket giver en organisk kuglelignende form, der afviger fra en cirkel i en mængde, der er defineret af kommandoen 'wiggle'. - Rediger koden efter behov ved hjælp af anmærkninger for at hjælpe ændringerne.
3. Lagring af redigeringerne
- Gem redigeringerne ved at trykke på kommando - og S-tasterne på samme tid.
- Se opdaterede visualiseringer ved at navigere til filen 'index.html' i EXPLORER-vinduet, venstreklikke og vælge åben med live server i menuen.
BEMÆRK: Et internetbrowservindue åbnes og begynder at afspille visualiseringen, som kan gemmes lokalt på computeren ved skærmoptagelse.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Dette arbejde producerer seks visualiseringer svarende til fem unikke geologiske tidsintervaller, med visuelle aspekter skaleret til kvantitative data enten målt på dybhavssediment (figur 1, figur 2, figur 3, figur 4, video 1, video 2, video 3 og video 4) eller modelleret fra Det Mellemstatslige Panel om Klimaændringers (IPCC) RCP-scenarier (figur 5 og figur 6 ). Hver visualisering er unik og generativ, hvilket betyder, at de samme inputdata giver lidt forskellige visuelle output, hver gang koden køres på grund af randomisering af variabler såsom partikelbane og formgrænser. I hver visualisering blev kugler skabt af en Perlin Noise-algoritme anvendt på punkterne omkring en cirkelkrydsning på tværs af en sort baggrund med halvgennemsigtige haler, der registrerer deres baner. Kuglerne fortsætter med at bevæge sig hen over skærmen på ubestemt tid og akkumulerer i sidste ende farve oven på den sorte baggrund.
I figur 1, figur 2, figur 3 og figur 4, genereret fra kode i MPT 1-4 (supplerende kodningsfil 1, supplerende kodningsfil 2, supplerende kodningsfil 3 og supplerende kodningsfil 4) skaleres elementer som farve, størrelse og hastighed kvantitativt til estimater af havoverfladetemperatur, nitrogenisotopsammensætning og hastigheden af klimaændringer baseret på geokemiske målinger af dybhavssediment. Farven spænder fra blå til rød, med de koldeste intervaller præget af den største overflod af blå kugler og de varmeste intervaller domineret af røde kugler5. Dette opnås ved at ændre den numeriske værdi af rød i farveværdierne rød, grøn, blå (RGB), mens grønne og blå værdier holdes konstante. Den røde værdi varierer mellem 0-200 afhængigt af estimater for havoverfladetemperaturen, med højere temperaturer svarende til en større rød værdi. Størrelsen af hver kugle skaleres til nitrogenisotopsammensætningen af planktonisk foraminifera, som er relateret til mængden af næringsstoffer og kulstof, der forbruges af fytoplankton4. Størrelsen af hver kugle varierer mellem 1-10, med større størrelser svarende til højere nitrogenisotopværdier. Hastigheden af hver kugle, når den bevæger sig hen over skærmen, skaleres til hastigheden af klimaændringer, estimeret som antallet af istider og mellemistider inden for et tidsinterval divideret med antallet af år, hvert interval spænder over, med istids- og mellemistidsgrænser som defineret i Lisiecki & Raymo11.
Figur 5 og figur 6 (video 5 og video 6) stammer fra fremskrivninger af årlige gennemsnitstemperaturer for New York, NY7. Placeringen af New York blev valgt, da det er den nærmeste by med tilgængelige data til placeringen af projektionsinstallationen. Både figur 5 (video 5) og figur 6 (video 6) skalerer farve til temperaturestimater, med køligere temperaturer markeret med større grønne værdier i RGB-decimalkoden, mens røde og blå farveværdier forbliver konstante, hvilket resulterer i en mere orange farve. Fremtidige animationer er afhængige af generering af tilfældige tal for at bestemme størrelsen og hastigheden af hver kugle, da disse parametre er nødvendige for at oprette disse visualiseringer, men de tilsvarende numeriske værdier forbliver usikre i fremtidige fremskrivninger. Figur 5 (Video 5), der genereres med koden "Akkumulering", er en animation, der ligner MPT-visualiseringerne. Orbs har halvgennemsigtige haler, og den fortsatte bevægelse af kugler over lærredet resulterer i en ophobning af farve. Figur 6 (Video 6), der er oprettet med koden 'Transition', er en mere enkel visualisering uden haler, der i stedet kun viser omridset af kugler, der bevæger sig hen over en sort baggrund.
Produktformatet giver mulighed for tilpasning og præsentation af data på en række måder. Skærmoptagelser af animationerne genereret med denne kode bruges til at skabe fordybende videnskabskommunikationsudstillinger ved blot at forbinde en computer eller bærbar computer til en projektor og oprette et passende displayrum. Immersive og interaktive udstillinger skabes ved at iscenesætte et galleri med flere projektorer, staffelier, skumplader, et sidebord med et mikroskop, dybhavsmudder og mikrofossiler, som gæsterne kan undersøge (figur 7 og figur 8). Dette galleri giver mulighed for en retningsbestemt strøm af fodtrafik, hvor besøgende kommer ind i et rum med fire skumplader understøttet af staffelier. Hvert bræt fungerer som et lærred til projicering af en af MPT 4,5-visualiseringerne (figur 7). Når beskueren går ind i rummet, ud over MPT-projektionerne, viser en anden projektor Future-billederne på tværs af galleriets vægge og gulv og inviterer beskueren til at "gå ind i fremtiden" (figur 8). Ud over fremtidsfremskrivningen opstilles et bord med et dissekerende mikroskop, mikroskopdias indeholdende fossilt plankton og dybhavssediment og information, der forklarer, hvordan forskere bruger dybhavsmudder til at forstå fortidens klima og forfine fremtidige klimafremskrivninger. I sidste ende omdanner dette arbejde oceanografiske og klimadataregneark til grafik, der tjener som grundlag for en fordybende installation, der inviterer publikum til at gå gennem geologisk tid og være vidne til vores klimaændringer på grund af naturlige og menneskeskabte drivere.
Figur 1: Billede genereret ud fra MPT 1-data og -kode. Dette viser det tidligste tidssegment (~ 1,2-1,118 millioner år siden) før glacial-interglacial forlængelse og glacial afkøling. Orbs repræsenterer unikke dataværdier, hvor RGB-farveværdier skaleres til alkenonbaserede havoverfladetemperaturestimater5, og størrelsen øges som en funktion af nitrogenisotopsammensætningen af foraminifera4, som er relateret til primærproducenternes evne til at optage kulstof på IODP-sted U1475. Dette er et stillbillede taget fra video 1. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Billede genereret ud fra MPT 2-data og -kode. Dette viser det næsttidligste tidssegment (~ 1.112-1.06 millioner år siden), som er umiddelbart før glacial-interglacial forlængelse og glacial afkøling. Orbs repræsenterer unikke dataværdier, hvor RGB-farveværdier skaleres til alkenonbaserede havoverfladetemperaturestimater5, og størrelsen øges som en funktion af nitrogenisotopsammensætningen af foraminifera4, som er relateret til primærproducenternes evne til at optage kulstof på IODP-sted U1475. Dette er et stillbillede taget fra video 2. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Billede genereret ud fra MPT 3-data og -kode. Dette viser det næstseneste tidssegment, hvor glacial-interglaciale cyklusser forlænges (~ 1,06 millioner til 900.000 år siden). Orbs repræsenterer unikke dataværdier, hvor RGB-farveværdier skaleres til alkenonbaserede havoverfladetemperaturestimater5, og størrelsen øges som en funktion af nitrogenisotopsammensætningen af foraminifera4, som er relateret til primærproducenternes evne til at optage kulstof på IODP-sted U1475. Dette er et stillbillede taget fra video 3. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 4: Billede genereret ud fra MPT 4-data og -kode. Dette viser det seneste tidssegment, hvor længere glacial-interglaciale cyklusser var mere etablerede (~ 900.000-600.000 år siden). Orbs repræsenterer unikke dataværdier, hvor RGB-farveværdier skaleres til alkenonbaserede havoverfladetemperaturestimater5, og størrelsen øges som en funktion af nitrogenisotopsammensætningen af foraminifera4, som er relateret til primærproducenternes evne til at optage kulstof på IODP-sted U1475. Dette er et stillbillede taget fra video 4. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: Akkumuleringsbillede genereret ud fra fremtidige data og kode. Dette viser en modelfremskrivning for fremtidig menneskeskabt opvarmning baseret på temperaturestimater af RCP 8,5 modelgennemsnit for New York, NY7. Størrelsen og hastigheden er randomiseret som primærproducenternes evne i havet til at optage kulstof, og hastigheden af klimaændringer er usikker. Dette er et stillbillede taget fra video 5. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 6: Overgangsbillede genereret ud fra fremtidige data og kode. Dette viser en modelfremskrivning for fremtidig menneskeskabt opvarmning baseret på temperaturestimater af RCP 8,5 modelgennemsnit for New York, NY7. Størrelsen og hastigheden er randomiseret som primærproducenternes evne i havet til at optage kulstof, og hastigheden af klimaændringer er usikker. Dette er et stillbillede taget fra video 6. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 7: Billede af projektionsinstallationen med fire paneler, hvor MPT-data vises bag en fremviser og oplyst informationstabel. Dette viser en del af installationen, når beskueren kommer ind i det rum, hvor de tidligste MPT-data præsenteres. Video 1, Video 2, Video 3 og Video4 projiceres individuelt på hvert panel i rækkefølge fra venstre mod højre. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 8: Billede af den fordybende vægprojektion. Dette viser seerne, der går forbi en animation af fremtidige temperaturestimater fra RCP 8.5-modelgennemsnit for New York, NY7. I denne animation (video 5) blev RGB Green-farveværdien øget betydeligt, hvilket gav en mere gulfarvet visualisering. Klik her for at se en større version af denne figur.
Video 1: Animation genereret ud fra MPT 1-data og -kode. Dette viser en skærmoptaget video af animationen genereret fra MPT 1-data og kode. Dette svarer til det tidligste tidssegment (~1,2-1,118 millioner år siden) før glacial-interglacial forlængelse og glacial afkøling. Orbs repræsenterer unikke dataværdier, hvor RGB-farveværdier skaleres til alkenonbaserede havoverfladetemperaturestimater5, og størrelsen stiger som en funktion af nitrogenisotopsammensætningen af foraminifera4, som er relateret til primærproducenternes evne til at optage kulstof på IODP-sted U1475. Klik her for at downloade denne video.
Video 2: Animation genereret ud fra MPT 2-data og -kode. Dette viser en skærmoptaget video af animationen genereret ud fra MPT 2-data og -kode. Dette svarer til det næsttidligste tidssegment (~1.112-1.06 millioner år siden), som er umiddelbart før glacial-interglacial forlængelse og glacial afkøling. Orbs repræsenterer unikke dataværdier, hvor RGB-farveværdier skaleres til alkenonbaserede havoverfladetemperaturestimater5, og størrelsen øges som en funktion af nitrogenisotopsammensætningen af foraminifera4, som er relateret til primærproducenternes evne til at optage kulstof på IODP-sted U1475. Klik her for at downloade denne video.
Video 3: Animation genereret ud fra MPT 3-data og -kode. Dette viser en skærmoptaget video af animationen genereret fra MPT 3-data og kode. Dette svarer til det næstseneste tidssegment, hvor glacial-interglaciale cyklusser forlænges (~ 1,06 millioner til 900.000 år siden). Orbs repræsenterer unikke dataværdier, hvor RGB-farveværdier skaleres til alkenonbaserede havoverfladetemperaturestimater5, og størrelsen øges som en funktion af nitrogenisotopsammensætningen af foraminifera4, som er relateret til primærproducenternes evne til at optage kulstof på IODP-sted U1475. Klik her for at downloade denne video.
Video 4: Animation genereret ud fra MPT 4-data og -kode. Dette viser en skærmoptaget video af animationen genereret fra MPT 4-data og kode. Dette svarer til det seneste tidssegment, hvor længere glacial-interglaciale cyklusser var mere etablerede (~ 900.000-600.000 år siden). Orbs repræsenterer unikke dataværdier, hvor RGB-farveværdier skaleres til alkenonbaserede havoverfladetemperaturestimater5, og størrelsen øges som en funktion af nitrogenisotopsammensætningen af foraminifera4, som er relateret til primærproducenternes evne til at optage kulstof på IODP-sted U1475. Klik her for at downloade denne video.
Video 5: Akkumuleringsanimation genereret ud fra fremtidige data og kode. Dette viser en skærmoptaget video af animationen genereret ud fra fremtidige data og kode. Farven skaleres til en modelfremskrivning for fremtidig menneskeskabt opvarmning baseret på temperaturestimater af RCP 8,5 modelgennemsnit for New York, NY7. Størrelse og hastighed er randomiseret som primærproducenternes evne til at optage kulstof, og hastigheden af klimaændringer er usikker. En hale er tilladt i koden, hvilket resulterer i en ophobning af farve. Klik her for at downloade denne video.
Video 6: Overgangsanimation, der er genereret ud fra fremtidige data og kode. Dette viser en skærmoptaget video af animationen genereret ud fra fremtidige data og kode. Farven skaleres til en modelfremskrivning for fremtidig menneskeskabt opvarmning baseret på temperaturestimater af RCP 8,5 modelgennemsnit for New York, NY7. Størrelse og hastighed er randomiseret som primærproducenternes evne til at optage kulstof, og hastigheden af klimaændringer er usikker. Ingen hale er tilladt i koden, hvilket resulterer i ingen akkumulering af farve. Klik her for at downloade denne video.
Supplerende figur 1: Billede af kodningssoftware og kodedefinerende variabler, der vil blive knyttet til data eller brugt til at tilpasse visuelle parametre. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 2: Billede af kodningssoftware og kode, der indlæser data i arbejdsområdet. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 3: Billede af kodningssoftware og kode, der definerer lærredets visuelle parametre og anvender en for løkke til at forbinde data med specifikke visuelle egenskaber. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 4: Billede af kodningssoftware og kode, der anvender en for løkke til at definere en halelængde for hver kugle. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende figur 5: Billede af kodningssoftware og kode, der tegner animationen, ved anvendelse af en Perlin-støjalgoritme til at definere form og bevægelse af visuals. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende kodningsfil 1: »Usikkerhederne«_MPT 1. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende kodningsfil 2: »Usikkerhederne«_MPT 2. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende kodningsfil 3: »Usikkerhederne«_MPT 3. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende kodningsfil 4: »Usikkerhederne«_MPT 4. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende kodningsfil 5: »Usikkerhederne«_Future. Klik her for at downloade denne fil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dette arbejde fremhæver nytten af generativ kunst med henblik på videnskabskommunikation. Arbejdsprocessen kan bruges til at oversætte eksisterende data til elementer i en animation. Mens animationsoutputtene fra dette arbejde er unikke, idet hver gang koden køres, oprettes en anden version af animationen, skaleres de visuelle elementer til geokemiske data og klimamodeldata; Således forbliver elementer som farve, hastighed og størrelse konstante, så længe inputdataene forbliver de samme. Dette giver også mulighed for direkte sammenligning af disse visuelle elementer for at drage konklusioner om dataene.
Geokemiske målinger fra dybhavssedimenter og modelestimater for fremtidig menneskeskabt opvarmning anvendes inden for en Perlin Noise-algoritme11 og omdannes til fordybende installationer. Animationer genereret fra paleoceanografiske data tjener som sammenligningsgrundlag for modelestimaterne af fremtidige temperaturer. Dybhavssedimenter er et arkiv over fortidens klima og en uvurderlig ressource til forståelse af klimasystemet12,13. Visuals genereres med en Perlin Noise-algoritme, der er valgt for dens evne til jævnt at flytte grænsen for genererede former. Her anvendes en Perlin Noise-algoritme på punkterne, der skitserer en cirkel, hvilket i sidste ende skaber en organisk form, der bevæger sig glat over baggrunden. Cirklen vælges på grund af dens lighed i form med tværsnittet af en sedimentkerne samt ligheden med en celle, når der tilføjes støj til konturen. Dette genererer organiske former, der berører arten af disse geokemiske optegnelser, da de kommer fra marine primærproducenter eller små organismer, der fotosyntetiserer og forbruger næringsstoffer og kulstof i havet13. Disse organismer ændrer både det globale klima gennem forbrug af kulstof og registrerer tidligere ændringer i havet gennem bevarelse af klimatiske signaler i den kemiske sammensætning af deres skaller, som bevares i havsedimenter. Lagdelingen af former eller kugler i hver visualisering skaber en akkumulering af farve inden for animationerne og antyder bevarelsen af disse paleoceanografiske optegnelser, som bevares gennem lagdeling af sediment i havbassiner, hvilket yderligere binder visuals til geologiske processer.
RGB-decimalkoden (Red, Green, Blue) bruges til kvantitativt at skalere farve med temperaturestimater fra marine primærproducenter, der måles på alkenoner eller lange kulstofkæder, hvis struktur varierer med temperatur5. I disse billeder angiver røde og orange farver varmere temperaturer. Forskellige farver bruges i skalering af geokemiske data og fremtidige fremskrivninger, da de data, der bruges her, ikke er direkte relaterede (på grund af arten af tilgængelige fremskrivningsdata og regionerne af interesse for forfatterne). I fremtidige iterationer kan farven skaleres på samme måde mellem alle animationer for at muliggøre direkte sammenligning af data.
Kuglernes hastighed defineres af den relative hastighed af klimaændringer, estimeret som antallet af istider eller mellemistider divideret med tid i år. Dette beregnes ved at tælle antallet af istider eller mellemistider i hvert tidsinterval, med hver periode defineret af Lisiecki & Raymo12. Fremtidsfremskrivningerne (figur 5 og figur 6) har randomiserede hastigheder, da de ikke dækker en komplet istids- eller mellemistidscyklus og afspejler en signifikant afvigelse fra den naturlige rytme i Jordens klima. I mellemtiden er randomiseringen af data ikke klar i visualiseringerne og tjener måske mere som et nødvendigt skridt i at sikre, at en visualisering kan laves, selv i mangel af data, snarere end at være et væsentligt symbol på usikkerhed for seeren. Der er bestemt plads til at eksperimentere i fremtidige iterationer om, hvordan man formidler usikkerhed i mere gribende former, da usikkerhed ikke er triviel i evnen til at forstå fremtidens klima.
Kuglernes størrelse afhænger af kvælstofisotopsammensætningen af fossilt plankton, som er en indikator for primærproducenternes optagelse af næringsstoffer og kulstof, hvilket kan forværre eller afbøde klimaændringerne. Det blev valgt, da det repræsenterer en forbindelse mellem biologi og globalt klima13. Det er fortsat usikkert, i hvilket omfang biologi kan være i stand til at kompensere for fremtidige stigninger i atmosfærisk kuldioxid, men inkorporeringen af disse data i visuals tjener som en påmindelse om klimasystemets kompleksitet og skæringspunktet mellem biologi og geologi. På samme måde som hastigheden af kugler findes der i fremtidige fremskrivninger ingen data for denne metrik, og derfor anvendes randomiserede hastigheder i mangel af data. Andre iterationer af dette arbejde kan erstatte den nitrogenisotopiske sammensætning af foraminifera med oxygenisotopsammensætningen af bentisk foraminifera, som antages at afspejle globale ændringer i temperatur og isvolumen12. På trods af udfordringer med at sidestille animationer af fortid og fremtid fremhæver dette værk forskellene mellem naturlige og menneskeskabte klimaændringer og tjener som et nyttigt første skridt i skabelsen af generativ klimakunst.
For at integrere animationer i håndgribelige oplevelser bruges projektionsteknikker til at skabe en fordybende udstilling, hvor gæsterne går gennem geologisk tid og ind i fremtiden. Det er vigtigt at bemærke, at temperaturfremskrivninger fra RCP-scenarier ikke er direkte relateret til tidligere havoverfladetemperaturer, og proxyer fra de geologiske optegnelser er ufuldkomne og har deres egne skævheder. Ikke desto mindre danner dette arbejde grundlag for inddragelse af dybhavsgeokemiske optegnelser og klimamodeloutput i moderne kunst, samtidig med at adgangsbarrierer til klimavidenskab fjernes.
Dette arbejde er afhængig af publikums abstrakte intuition for at skelne forskelle mellem disse diskrete delmængder af tid, hvilket giver et nyt middel til engagement med videnskabelige data. Uden at stole på tekst, lyd eller den baggrundsviden, der er nødvendig for nøjagtigt at fortolke data, får seerne en fornemmelse for omfanget og hastigheden af klimaændringer gennem diskrete delmængder af tid med enkle elementer som farve og hastighed, der styrer deres intuition. Dette arbejde er ikke uden begrænsninger; Som nævnt ovenfor er der klare uoverensstemmelser i datatilgængelighed, sammenlignelighed og placering. Selvom vi har begrænset disse animationer til forfatterens regioner og tidsperioder af interesse, kan denne protokol let anvendes på data fra mange flere steder, der spænder over forskellige tidsintervaller og deles i formater, vi endnu ikke har udforsket. Under udstillingerne af disse animationer blev seerne desuden hjulpet af plakater, mikroskopskærme og korte verbale forklaringer, der gav kontekst, der var afgørende for at forstå udstillingens formål. Selvom denne undersøgelse ikke vurderede effektiviteten af denne strategi for videnskabskommunikation, ville fremtidigt arbejde drage fordel af undersøgelser eller en samfundsstudieanalyse for at vurdere effektiviteten af disse visuals til både at formidle klimadata og udløse en nysgerrighed hos publikum. På trods af disse begrænsninger giver denne ramme mulighed for at inkorporere en bred vifte af geologiske og/eller klimadata i generativ kunst, som kan integreres i digitale og interaktive formater med henblik på videnskabsformidling.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne anerkender, at der ikke eksisterer nogen kendte interessekonflikter på nuværende tidspunkt
Acknowledgments
Vi vil gerne anerkende støtte modtaget fra Georgia Rhodes og Stuart Copeland i starten af dette projekt - deres opmuntring og mentorskab var afgørende for vores succes. Vi vil også gerne fremhæve nytten af https://p5js.org/reference/ som en ressource til at lære at kode i JavaScript. Dette materiale er baseret på arbejde, der delvist støttes af National Science Foundation under EPSCoR-samarbejdsaftalen #OIA-1655221 og deres Vis-a-Thon-program og af 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
- 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).
