Использование генеративного искусства для передачи прошлых и будущих климатических изменений
Summary
Здесь представлен протокол для визуализации климатических данных как генеративного искусства.
Abstract
Способность понимать современный климат опирается на фундаментальное понимание прошлой изменчивости климата и способов, которыми планета стабилизируется взаимосвязанными обратными связями. В этой статье представлен уникальный метод перевода записей прошлых климатических переходов, сохранившихся в глубоководных отложениях, для широкой аудитории с помощью иммерсивной визуализации. Эта визуализация представляет собой мультимедийную инсталляцию, которая включает в себя геохимические записи ледниковых и межледниковых переходов и модельные прогнозы будущего антропогенного потепления, чтобы создать захватывающий опыт для зрителей, приглашая их взаимодействовать и размышлять о тонких, нюансированных различиях между подмножествами истории Земли. Эта работа демонстрирует пять интервалов времени, начиная с начала современной ледниково-межледниковой цикличности (~ один миллион лет назад), сравнивая прошлый климат с результатами моделирования прогнозируемого будущего антропогенного потепления (до 2099 года). Инсталляция состоит из нескольких экспериментальных проекций, по одной для каждого подмножества времени, отображаемых на разных поверхностях в комнате. По мере того, как зрители перемещаются по пространству, проекции медленно проходят через различные климатические переходы, используя такие методы анимации, как скорость, цвет, наслоение и повторение, и все это генерируется с помощью данных для конкретного места, чтобы передать уникальное поведение планеты в отношении глобального климата. Эта работа обеспечивает основу для уникальной визуализации научных данных с генеративной анимацией, созданной с использованием алгоритма Perlin Noise в центре установки. Исследовательские переменные, такие как температура поверхности моря, динамика питательных веществ и скорость изменения климата, влияют на формальные результаты, такие как цвет, масштаб и скорость анимации, которыми легко манипулировать и связывать с конкретными данными. Такой подход также позволяет публиковать данные в режиме онлайн и обеспечивает механизм масштабирования визуальных параметров до широкого спектра количественных и качественных данных.
Introduction
Генеративное искусство и используемые здесь методы позволяют напрямую переводить количественные данные в анимацию, сохраняя при этом целостность данных. Художники используют генеративное искусство для изучения восприятия пространства и времени1,2, но генеративное искусство еще не широко используется с пространственными или временными научными данными. Представленная здесь работа обеспечивает простую основу для использования генеративных визуальных продуктов для демонстрации климатических данных. Эти продукты могут широко применяться, независимо от того, используются ли они для создания личных выставок или в качестве наглядного пособия для презентации или онлайн-публикации.
Использование геохимических измерений или оценок для масштабирования таких элементов, как цвет, форма, размер и скорость, обеспечивает средства визуальной передачи скорости и величины изменений, не требуя от зрителя чтения статьи, интерпретации графика или просмотра таблицы данных. В качестве альтернативы рандомизация выбранных переменных используется для того, чтобы сообщить об отсутствии данных или неопределенности, как в случае будущих прогнозов. Сопоставление геологического прошлого и будущего, возможно, является неотъемлемой частью эффективности этих продуктов в качестве инструментов научной коммуникации. Недавний опыт часто служит основой для сравнения современного изменения климата, что затрудняет понимание масштабов антропогенного изменения климата3.
Геохимические измерения, визуализированные в этой статье, охватывают переход к середине плейстоцена (MPT; от 1,2 миллиона до 600 000 лет назад), регистрируя изменения вблизи северной границы Южного океана с площадки U1475 4,5 Международной программы исследования океана. Данные MPT представлены в четырех анимациях, которые подчеркивают изменения в состоянии океана по мере охлаждения планеты и усиления ледниковой и межледниковой изменчивости6. Это обеспечивает геологическую основу, раскрывающую естественный ритм климата Земли, подчеркивая долгосрочную тенденцию похолодания, которая резко контрастирует с будущими климатическими прогнозами. Будущие оценки температуры представляют собой средние значения результатов 20 климатических моделей под воздействием репрезентативного углеродного пути 8.5 (RCP 8.5; сценарий с радиационным воздействием 8,5 Вт/м2 в 2100 году) для местоположения Нью-Йорк, Нью-Йорк7. RCP 8.5 представляет собой наихудший сценарий устойчивых выбросов, приводящих к повышению средней глобальной температуры на 3,7 °C к 2100 году8. Таким образом, в данной статье демонстрируется способ сравнения будущих прогнозов с геологическими данными для сравнения темпов изменения климата и изменчивости климата.
Protocol
Representative Results
Discussion
Эта работа подчеркивает полезность генеративного искусства для научной коммуникации. Рабочий процесс можно использовать для преобразования существующих данных в элементы анимации. Хотя выходные данные анимации в этой работе уникальны тем, что каждый раз при запуске кода создается д?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотели бы выразить признательность за поддержку, полученную от Джорджии Родс и Стюарта Коупленда в начале этого проекта – их поддержка и наставничество были необходимы для нашего успеха. Мы также хотели бы подчеркнуть полезность https://p5js.org/reference/ как ресурса в обучении программированию на JavaScript. Этот материал основан на работе, частично поддержанной Национальным научным фондом в рамках Соглашения о сотрудничестве EPSCoR #OIA-1655221 и их программой Vis-a-Thon, а также морским грантом Род-Айленда [NA23OAR4170086].
Materials
| 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. e. f. i. k. . Refik Anadol. , (2023).
- Lieberman, Z. . 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. The mid-Pleistocene enigma. Oceanography. 33 (2), 101-103 (2020).
- . U.S. Climate Resilience Toolkit Climate Explorer 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. , 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. , (2023).
- Perlin, K. Improving noise. Proceedings of the 29th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques. , 681-682 (2002).
- 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).
