Usando a arte generativa para transmitir transições climáticas passadas e futuras

Resumo

Aqui, um protocolo é apresentado para visualizar dados climáticos como arte generativa.

Resumo

A capacidade de entender o clima moderno depende de uma compreensão fundamental da variabilidade climática passada e das maneiras pelas quais o planeta é estabilizado por feedbacks interconectados. Este artigo apresenta um método único para traduzir registros de transições climáticas passadas preservadas em sedimentos de águas profundas para um público amplo por meio de uma visualização imersiva. Esta visualização é uma instalação multimídia que incorpora registros geoquímicos de transições glaciais e interglaciais e previsões de modelos para o aquecimento antropogênico futuro para criar uma experiência imersiva para os espectadores, convidando-os a se envolver e refletir sobre as diferenças sutis e nuançadas entre subconjuntos da história da Terra. Este trabalho mostra cinco intervalos de tempo, começando com o início da ciclicidade glacial-interglacial moderna (~um milhão de anos atrás), comparando o clima passado com os resultados do modelo para o aquecimento antropogênico futuro projetado (até 2099). A instalação consiste em várias projeções experimentais, uma para cada subconjunto de tempo, exibidas em diferentes superfícies de uma sala. À medida que os espectadores se movem pelo espaço, as projeções percorrem lentamente diferentes transições climáticas, usando métodos de animação como velocidade, cor, camadas e repetição, todos gerados por meio de dados específicos do local para transmitir o comportamento único do planeta em relação ao clima global. Este trabalho fornece uma estrutura para visualização única de dados científicos, com animações generativas criadas usando um algoritmo Perlin Noise no centro da instalação. Variáveis de pesquisa, como a temperatura da superfície do mar, a dinâmica de nutrientes e a taxa de mudanças climáticas, impactam resultados formais como cor, escala e velocidade de animação, que são fáceis de manipular e conectar a dados específicos. Essa abordagem também permite a possibilidade de publicar dados on-line e fornece um mecanismo para dimensionar parâmetros visuais para uma ampla variedade de dados quantitativos e qualitativos.

Introdução

A arte generativa e os métodos aqui empregados permitem a tradução direta de dados quantitativos em animações, preservando a integridade dos dados. Os artistas usam a arte generativa para explorar percepções de espaço e tempo^1,2, mas a arte generativa ainda não é comumente usada com dados científicos espaciais ou temporais. O trabalho apresentado aqui fornece uma estrutura simples para o uso de produtos visuais generativos para mostrar dados climáticos. Esses produtos podem ser amplamente aplicados, seja para criar exposições presenciais ou como auxílio visual para uma apresentação ou publicação online.

O uso de medições geoquímicas ou estimativas para dimensionar elementos como cor, forma, tamanho e velocidade fornece um meio de transmitir visualmente taxas e magnitudes de mudança sem exigir que o espectador leia um artigo, interprete um gráfico ou examine uma tabela de dados. Alternativamente, a randomização de variáveis selecionadas é usada para transmitir falta de dados ou incerteza, como no caso de projeções futuras. A justaposição de passado e futuro geológico talvez seja parte integrante da eficácia desses produtos como ferramentas de comunicação científica. Experiências recentes muitas vezes servem como base de comparação para as mudanças climáticas modernas, tornando difícil compreender a magnitude das mudanças climáticas antropogênicas³.

As medidas geoquímicas visualizadas neste artigo abrangem a transição do Pleistoceno Médio (MPT; 1,2 milhão a 600.000 anos atrás), registrando mudanças perto do limite norte do Oceano Antártico a partir do International Ocean Discovery Program Site U1475 ^4,5. Os dados do TMF são apresentados em quatro animações, que destacam as mudanças nas condições oceânicas à medida que o planeta esfria e a variabilidade glacial e interglacial é amplificada⁶. Isso fornece uma linha de base geológica revelando o ritmo natural do clima da Terra, enfatizando uma tendência de resfriamento de longo prazo que contrasta fortemente as projeções climáticas futuras. Estimativas de temperatura futura são valores médios dos resultados de 20 modelos climáticos sob as forças do Representative Carbon Pathway 8.5 (RCP 8.5; cenário com uma força radiativa de 8,5 W/m² no ano 2100) para a localização New York, NY⁷. O RCP 8.5 representa o pior cenário de emissões sustentadas, resultando em um aumento de 3,7 °C na temperatura média global até 2100⁸. Assim, este artigo demonstra um meio de comparar projeções futuras com dados geológicos para comparar taxas de mudanças climáticas e variabilidade climática.

Protocolo

1. Reproduzir as visualizações existentes

1. Faça o download do software de codificação e visualização (consulte a Tabela de Materiais).
   1. Faça o download dos dados e código. Este artigo utiliza "graus de incerteza" com dados de Marcks et ^al.4 e Cartagena-Sierra et ^al.5 sobre o modelo etário de Starr et ^al.9.
      NOTA: Os 'graus de incerteza' contêm cinco arquivos de codificação, Arquivo de Codificação Suplementar 1, Arquivo de Codificação Suplementar 2, Arquivo de Codificação Suplementar 3, Arquivo de Codificação Suplementar 4 e Arquivo de Codificação Suplementar 5, com conteúdo referente a cada período de tempo de visualização (MPT 1, MPT 2, MPT 3, MPT 4 e Futuro, respectivamente). Cada um deles contém bibliotecas de codificação¹⁰ usadas para visualizações, bem como pastas 'Script' contendo dados baixados em formato .csv, código usado para gerar elementos visuais 'partícula.js', e um arquivo de índice 'index.html' que liga todos os dados relevantes e código juntos.
2. Abra o software de edição de código a partir dos "graus de incerteza".
3. Arraste um arquivo (MPT 1, MPT 2, MPT 3 ou MPT 4) para o editor de códigos para visualizá-lo.
   1. Os arquivos aparecem no menu EXPLORER no lado esquerdo da janela. Verifique o procedimento para visualizar dados da pasta 'Futuro' na etapa 1.7.
4. No menu EXPLORER, clique na pasta (MPT 1, MPT 2, MPT 3 ou MPT 4) para revelar um menu suspenso, clique em script e, em seguida, clique em index.html.
   Observação : O código aparece no lado direito da janela.
5. Clique com o botão esquerdo do mouse na parte da janela com o código para 'index.html' e selecione abrir com o servidor ao vivo no menu.
   Observação : uma janela do navegador de internet é aberta e começa a reproduzir a visualização.
6. Fechar e reabrir o editor de código pode ser necessário entre visualizações ao carregar um visual de um subconjunto de tempo diferente. Repita as etapas 1.4-1.6 para cada subconjunto de tempo.
7. Para visualizar a visualização com base em projeções futuras, abra a pasta 'Futuro' no computador e arraste a pasta 'Acumulação' ou 'Transição' para o editor de códigos. A diferença entre animações é descrita na seção de resultados.
8. Selecione o nome da pasta na janela EXPLORER e clique em index.html. Clique com o botão esquerdo do mouse na parte da janela com o código para 'index.html' e selecione abrir com o servidor ao vivo no menu.
   NOTA: Uma janela do navegador de internet é aberta e começa a reproduzir a visualização, que pode ser salva localmente em um computador por gravação de tela.

2. Editando as visualizações

Observação : para editar as visualizações, siga as etapas 1.1-1.4 acima, conforme necessário, para carregar os dados relevantes.

1. Selecione a pasta de interesse na janela EXPLORER do editor de código e abra o arquivo de script principal clicando em sketch.js.
   NOTA: O arquivo 'sketch.js' no MPT 1 (Supplementary Coding File 1) contém as anotações mais detalhadas; assim, esse arquivo pode ser o mais útil para familiarizar o código.
   1. O código aparece no lado direito da janela do editor de código. Execute quaisquer edições nos parâmetros de visualização dentro deste código. Procure anotações de código com descrições detalhadas do código e sua função após barras duplas "//" e posteriormente identificadas por texto verde (Figura 1 Suplementar).
   2. Defina as variáveis que serão vinculadas aos dados ou usadas para personalizar parâmetros visuais (Figura 1 Suplementar).
   3. Carregue os dados no espaço de trabalho (Figura 2 suplementar).
   4. Defina os parâmetros visuais da tela. Use um loop 'for' para vincular dados a características específicas; aqui, o tamanho está ligado ao valor isotópico do nitrogênio 'd15N' (Figura 3 suplementar).
   5. Use um loop for para definir um comprimento de cauda para cada orbe. A cauda refere-se ao tempo que os orbes permanecem na tela após aparecerem, criando um acúmulo de cor à medida que o visual progride (Figura 4 Suplementar).
      NOTA: Aqui, o comprimento da cauda é dimensionado para a taxa de acumulação de c37 das alquenonas.
   6. Finalmente, desenhe a animação, aplicando um algoritmo Perlin Noise¹¹ para definir a forma dos visuais (Figura Suplementar 5).
      NOTA: Aqui, um círculo é usado como a forma de base com ruído aplicado aos pontos ao longo da circunferência do círculo. Estes irão "mexer" o limite do círculo, produzindo uma forma orgânica semelhante a um orbe que se desvia de um círculo em uma quantidade definida pelo comando "mexer".
   7. Edite o código conforme necessário usando anotações para ajudar nas alterações.

3. Salvando as edições

1. Salve as edições pressionando o comando e as teclas S ao mesmo tempo.
2. Visualize visuais atualizados navegando até o arquivo 'index.html' na janela do EXPLORER, clicando com o botão esquerdo do mouse e selecionando abrir com o servidor ao vivo no menu.
   NOTA: Uma janela do navegador de internet é aberta e começa a reproduzir a visualização, que pode ser salva localmente no computador por gravação de tela.

Resultados

Este trabalho produz seis visualizações correspondentes a cinco intervalos únicos de tempo geológico, com aspectos visuais dimensionados para dados quantitativos medidos em sedimentos de profundidade (Figura 1, Figura 2, Figura 3, Figura 4, Vídeo 1, Vídeo 2, Vídeo 3 e Vídeo 4) ou modelados a partir dos cenários de RCP do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) (Figura 5 e <...

Discussão

Este trabalho destaca a utilidade da arte generativa para fins de comunicação de ciência. O fluxo de trabalho pode ser usado para converter dados existentes em elementos dentro de uma animação. Embora as saídas de animação deste trabalho sejam únicas, pois cada vez que o código é executado uma versão diferente da animação é criada, os elementos visuais são dimensionados para dados geoquímicos e de modelos climáticos; Assim, elementos como cor, velocidade e tamanho permanecem constantes, desde que os dad...

Materiais

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/