Wie Die NASA Wissenschaftliche Daten Schön Macht

2023 Autor: Luccile Osborne | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-22 02:10

Wie macht man Bildung interessant und vor allem schön? Wenn es um die Arbeit der NASA geht, ist es nicht schwierig, Enthusiasten mit den üblichen Bildern von hellen Sternen und bunten Planeten anzulocken. Schauen Sie nicht weiter als die jüngste Ehrfurcht vor den hochauflösenden Bildern von Mars Rover Curiosity, um den Beweis für die Faszination der Menschheit für den Weltraum zu sehen.

Aber nicht alle Daten der NASA sind in hübschen kleinen Fotos verpackt. Tatsächlich kommen einige der wichtigsten Erkenntnisse der Organisation über den Weltraum in Form von Zahlen zurück, die von einem der vielen Satelliten ausgestrahlt werden, die unseren Planeten umkreisen. Diese Informationen werden vom Scientific Visualization Studio (SVS) zum Leben erweckt - einem Team von Wissenschaftlern und Animatoren, das numerische Daten in dynamische Grafiken oder Videos umwandelt.

Das SVS ist nicht nur ein aktives und kreatives Werkzeug für die NASA-Öffentlichkeitsarbeit - es ist sogar viral geworden. Anfang dieses Jahres erhielt das SVS-Team Informationen von einem Projektteam namens Estimating the Circulation and Climate of the Ocean (ECCO), das mathematische Werkzeuge verwendet, um besser zu verstehen, wie sich die Zirkulationsmuster des Ozeans im Laufe der Zeit ändern. Das Ergebnis war Perpetual Ocean, ein detailliertes und bewegendes Video, das die aktuellen Muster des Ozeans in Minutenschnelle im Wert von einem Jahr interpretiert.

"Ich denke, Wissenschaftler haben eine erstaunliche innere Welt - sie denken über diese Dinge nach und wie sie funktionieren", sagt Dr. Horace Mitchell, Direktor von SVS. "Aber sie machen nicht die Art von Visuals, die in einem Spielfilm zu finden sind. Deshalb haben wir eine Nische gefunden, die funktioniert."

Mashable sprach mit Mitchell über Perpetual Ocean und wie man Bildungsinformationen schön macht. Was halten Sie von der Arbeit von SVS und NASA? Lass es uns in den Kommentaren wissen.

Fragen und Antworten Mit Dr. Horace Mitchell, Direktor des NASA Scientific Visualization Studio

Wie ist Perpetual Ocean entstanden?

Wir haben die Aufgabe, massive Ergebnisse aller Art für die Öffentlichkeit zu visualisieren. Manchmal sind die Dinge, die wir erschaffen, sehr spezifisch - sie zielen darauf ab, Informationen für eine bestimmte Sache bereitzustellen, wie die neuesten Ergebnisse der Meeresoberflächentemperatur oder eine Art Erdprozess wie das schmelzende Meereis des Nordpols. Als Teil davon machen wir viel Hintergrundarbeit und entwickeln Prozesse und Methoden, um diese Visualisierungen durchzuführen. Wir schauen immer in die Zukunft und sagen: "Was können wir besser machen? Für welche Art von Daten haben wir keine Tools zur Visualisierung?"

Eines der Dinge, von denen wir dachten, wir könnten es nicht tun, war etwas, das ein Strömungsfeld betraf - zum Beispiel eine Meeresströmung oder ein Wind. Wir waren nicht wirklich zufrieden mit der Art und Weise, wie wir diese Visuals machten. Vor einigen Jahren begann ich mit einigen meiner Kollegen zusammenzuarbeiten, um neue Visualisierungsmethoden zu entwickeln. Wir würden diese neuen Methoden auf alle Arten von Datensätzen anwenden, und eine der interessanteren und erfolgreicheren visuellen Darstellungen, die wir erstellt haben, basierte auf einem 3D-Ozeanstromdatensatz - dem ECCO 2-Datensatz. Es ist ein 3D-Modell des Ozeans und stellt eine Art Realität dar: Heutzutage werden viele Computermodelle erstellt, und Sie haben Modelle, die zeigen, wie etwas funktionieren würde und wie etwas funktioniert. Es wird viel Arbeit darauf verwendet, diese zu verschmelzen und zu vereinbaren - Computermodelle auszuführen, aber immer Daten zu betrachten. Wettervorhersagen sind eine ähnliche Technik.

Wir haben von ECCO 2 einen Datensatz des Ozeans erhalten, der um 1992 begann und bis heute reicht, und wir haben ein sehr stabiles Feld für die Visualisierung gefunden. Wir hatten eine 20-minütige Visualisierung des Ozeans als Test für uns selbst durchgeführt, in der wir uns die Bewegung auf der ganzen Welt vorstellten. Jedes Jahr gibt es einen Computergrafikwettbewerb, an dem wir teilnehmen wollten, aber der Pool ist auf fünf Minuten begrenzt. Also nahmen wir das 20-minütige Stück, hackten es am Anfang und am Ende ab und dann beschleunigte ein Redakteur von uns den Film auf alle interessanten Features. Dann beschlossen wir, anstatt eine Erzählung zu schreiben, um zu erklären, was vor sich geht, ein eindrucksvolles Musikstück zu finden und es einfach zu spielen - damit die Leute das Stück fühlen können und keine Erklärung brauchen. Und genau das haben wir getan.

Wir haben es der Konferenz vorgelegt, aber es wurde nicht ausgewählt. Also hatten wir es den Leuten gezeigt und wir hatten es herumhängen. Wir haben tatsächlich eine Website, auf der alles, was wir in den letzten 20 Jahren getan haben, für jedermann zugänglich ist. Wir hatten eine Animationsseite erstellt, die das Video beschreibt, aber wir hatten nicht versucht, Werbung zu schalten. Dann hat ein Kollege von uns, der NASA-Inhalte in soziale Medien überträgt, sie auf unsere Facebook-Seite gestellt, und sie hat sich wie ein Lauffeuer verfangen - sie wurde zu diesem Zeitpunkt vollständig viral.

Was ist der Prozess bei der Entwicklung einer Grafik wie Perpetual Ocean? Welche Tools verwenden Sie?

Die grundlegende Technologie für alle unsere Arbeiten sind die gleichen Werkzeuge, die die Film- und Animationsindustrie verwendet. Wir verwenden tatsächlich dieselbe Software, mit der Pixar alle Filme erstellt. Wir verwenden eine Software namens Maya und eine Software, um das Endprodukt namens RenderMan zu rendern, das eigentlich die Software ist, die Pixar verkauft. Das ist das Grundlegende, was wir verwenden, aber wir nehmen diese kommerzielle Software und fügen ihr ein Hilfsprogramm hinzu - insbesondere die Art von Hilfsprogramm, an der Pixar nicht interessiert ist. Dies ist das Hilfsprogramm zur Visualisierung von Daten auf dem Globus und Daten, bei denen es sich um visuelle Daten handelt ist ein Hinweis auf eine bestimmte Zeit und einen bestimmten Ort im Universum oder auf der Erde.

Wir haben verschiedene Softwareteile erstellt, weil wir kein Tool in unserem Toolkit hatten, um Daten zu erfassen, die sich bewegende Dinge wie Wasser oder Luft darstellen. Wir haben jahrelang an der Software gearbeitet, und jetzt ist es ein zweistufiger Prozess: Wir nehmen einen Datensatz, der in 3D steuert, wohin sich der Ozean bewegt, und lassen dann virtuelle Partikel in den Ozean fallen und lassen sie sich bewegen von diesem Strom. Dann werden wir Partikel hinzufügen oder sie im Laufe der Zeit herausnehmen, um sie auszugleichen. Wir können das ein oder zwei virtuelle Jahre lang ausführen und dann die Ergebnisse speichern, wo sich die Partikel in dieser Zeit bewegt haben. Wenn wir dann unsere Animation erstellen, greifen wir auf diese Ergebnisse zu. Eine Linie im Perpetual Ocean repräsentiert also die Geschichte eines Teilchens. Wenn Sie also eine lange Linie sehen, bedeutet dies, dass sich das Partikel relativ schnell bewegt. Wenn es eine sehr kurze Linie ist,Dies bedeutet, dass sich das Partikel nicht sehr weit bewegt hat und an derselben Stelle haftet. So können wir zurückgehen und auswählen, wie lang die Linien sein sollen, wie dick die Pfeilspitzen sein sollen, welche Farbe usw. Wir iterieren immer wieder, um etwas so aussehen zu lassen, wie wir es wollen es zu sehen. In diesem speziellen Fall dauerte das einen Monat, ab und zu, weil wir nur etwas für uns selbst taten.

Die Leute haben das Video mit Werken von Vincent Van Gogh verglichen. Was denkst du darüber?

Ich denke, in diesem Fall ist es ziemlich fair zu sagen, dass es ein zufälliger Unfall war. Wenn Sie das Visuelle und die blauen Bereiche um die Linien betrachten, repräsentiert die Farbe die Tiefe des Ozeans. Es gibt tatsächlich ein 3D-Modell der Tiefe des Ozeans, das ihm eine Art einzigartigen Charakter verlieh. Ich muss meinem Kollegen Greg Shirah Ehre machen, der wirklich viel darüber nachdenkt, wie diese Dinge aussehen. Er hatte eine wunderbare Möglichkeit, eine Art Meeresoberfläche zu haben, auf der diese Pfeile entlang fließen konnten, aber dennoch in der Lage waren, durch sie hindurchzusehen. Die Tiefe ist um den Faktor 50 übertrieben, so dass wir es wirklich wie ein Becken aussehen lassen, in dem sich Wasser bewegt. Vieles davon war sein ästhetisches Auge, und ich glaube nicht, dass er etwas Van Gogh-ähnliches anstrebte. Aber er suchte nach etwas, das sehr dramatisch sein würde.

Hat die Art und Weise, wie die Visualisierung aussah, letztendlich die Art und Weise inspiriert, wie sie bearbeitet wurde?

Das Bild wurde zuerst gemacht, also wussten wir, dass es bestimmte Orte im Ozean gab, die wir betrachten konnten, und andere Orte, die nicht ganz so interessant waren. Wir haben die Entscheidung interaktiv getroffen, in einem Raum gesessen und entschieden, wann wir sie beschleunigen und auf welche Punkte wir uns konzentrieren sollten - wie über den Südatlantik zu rasen, um nach Südafrika zu gelangen. Zu diesem Zeitpunkt hatten wir einen großen Festplattenabsturz und viele Informationen verloren, auf denen wir diese spezielle Visualisierung erstellt haben. Alles, was wir hatten, waren die Frames aus der 20-Minuten-Version, also mussten wir diese nehmen und sie einzeln beschleunigen und verlangsamen, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Wir haben eine Reihe von Tests durchgeführt und sie uns angesehen, bis wir das Gefühl hatten, dass sie in der richtigen Zeit an die richtigen Stellen gelangen. Es war kein qualvoller Prozess.

Was sind die Herausforderungen bei der Erstellung einer Datenvisualisierung, die sowohl informativ als auch visuell auffällig ist?

Wenn Sie keine interessanten Daten haben, tun Sie natürlich nichts. Das ist es einfach. Und ich muss den großartigen Forschern, die in der NASA und mit der NASA zusammenarbeiten, alle Ehre machen, diese erstaunlichen und genauen Datensätze auf vielfältige Weise zu erstellen.

Sobald wir den Datensatz haben, bringen wir zwei Dinge zum Tragen. Ich bin ausgebildeter Wissenschaftler - ich habe in Physik promoviert und etwa ein Jahrzehnt lang geforscht -, aber jeder in meiner Gruppe hat ein gewisses Verständnis dafür, worum es bei all diesen Animationen geht. Wir wissen, was wir tun und was wir herausbringen wollen. Dann ist das Team großartig - wenn sie zusammenarbeiten, spielen sie gegeneinander und jede Person im Team hat ein separates Projekt, an dem sie arbeitet. Sie prallen immer Ideen voneinander ab. Infolgedessen haben wir in den letzten 10 oder 20 Jahren sehr gut herausgefunden, was wir tun können. Wir haben Werkzeuge, die wir im Handumdrehen herausbringen können, um bestimmte Arten von Visualisierungen durchzuführen. Aber wir denken immer über das Nächste nach und darüber, was wir noch nicht tun können.

Einige der Bilder sind viel erfolgreicher als andere, und wir wissen nicht immer, welche erfolgreich sein werden. Wir machen den besten Job bei jedem Bild und manchmal schlagen wir Gold wie bei diesem.

Was kommt als nächstes für SVS?

Eines der jüngsten Dinge, die wir auf der Titelseite unserer Website hervorgehoben haben, heißt Auszug aus Dynamic Earth. Wir haben eine Planetariumsshow gemacht, um einen Sonnensturm zu zeigen, der aus der Sonne kommt und auf die Erde trifft. Von dort flogen wir durch die Atmosphäre und in den Ozean. Fast alles, was sich bewegt, verwendet dieselbe Software, jedoch auf andere Weise.

Wir haben auch eine App für das iPad namens NASA Visualization Explorer. Jemand mit der App kann zwei neue interessante Bilder pro Woche erhalten, eines am Dienstag und eines am Donnerstag. Sie können sie sich ansehen und sie verweisen Sie auf weitere Informationen zu NASA-Daten.

Und im Hinterkopf denken wir irgendwann in der Zukunft über eine Fortsetzung von Perpetual Ocean nach. Aber im Moment hüpft es nur herum.

Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA, Flickr.