Uso del arte generativo para transmitir transiciones climáticas pasadas y futuras

Resumen

Aquí, se presenta un protocolo para visualizar los datos climáticos como arte generativo.

Resumen

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.

Introducción

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 tiempo^1,2, 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.

Protocolo

1. Reproducción de las visualizaciones existentes

1. Descargue el software de codificación y visualización (consulte la Tabla de materiales).
   1. 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.
2. Abra el software de edición de código desde los 'grados de incertidumbre'.
3. Arrastre un archivo (MPT 1, MPT 2, MPT 3 o MPT 4) al editor de código para visualizarlo.
   1. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.

1. 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.
   1. 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).
   2. Defina las variables que se vincularán a los datos o se utilizarán para personalizar los parámetros visuales (Figura complementaria 1).
   3. Cargue los datos en el espacio de trabajo (Figura complementaria 2).
   4. 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).
   5. 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.
   6. 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".
   7. Edite el código según sea necesario utilizando anotaciones para ayudar a las modificaciones.

3. Guardar las ediciones

1. Guarde las ediciones presionando las teclas Comando y S al mismo tiempo.
2. 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.

Resultados

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) (

Discusión

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 permanec...

Materiales

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/