前所未見的科學課:24面螢幕上的化學作用

作者 Nicole Castro

遊客們走進波士頓科學博物館,準備上一堂獨一無二的化學課,在24具高解析度螢幕上播放著漩渦、波紋和不規則的斑點形狀。

在這面反應擴張媒體牆上展示13呎高的化學元素模擬畫面,有著反應、融合及變形的動作,創造出結構複雜的嶄新設計。這是一項互動性的展示活動,遊客們可以創造出自己的設計。

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採用 GPU 技術的模擬畫面,向博物館的遊客們展示以白色和深藍色代表的兩項虛擬化學元素,會不斷反應和擴張,創造出生物般的形狀。

數位媒體藝術家,也是電腦圖形研究科學家的 Karl Sims,開發出這項模擬畫面。「我對於找出通過趣味的方式展示突發性行為這件事非常有興趣,重複簡單的規則以創造出複雜的結果。」他說。

模擬出的化學反應畫面其實是發現和消耗其它物質之際,一種物質複製的過程。發生這個過程時,化學物質會擴張到越過格線。在這個顯示畫面裡,白色化學物質的擴散速度比藍色化學物質更快。不同的擴張速度加上反應作用,在形成圖案時產生出複雜的行為。

Sims 說明他選擇兩項化學物質反應和擴張的模式,是因為「只是調整幾個變數,就會產生出多種看起來自然又生動的圖案。」

博物館遊客使用顯示屏幕前的觸控螢幕,按下像是指紋、樹木年輪、腦珊瑚或獵豹身上斑點等預設圖案來調整變數,接著看到參數滑到螢幕上新的位置,選定的圖案會在電視牆上長大。

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遊客們還能調整「投入」和「消滅」的速度,控制模擬畫面裡白色化學物質產生和藍色化學物質衰落的速度,產生出不同的設計。

這面反應擴張媒體牆是在搭載 NVIDIA GeForce GTX 980 GPU 的 Linux 工作站上運行。「相同處理能力可提供電玩效能,也能快速進行一般用途的計算活動。」Sims 說。

GTX 980 順利協助 Sims 開發模擬畫面,不過他還是對某件事感到驚訝。「在我優化了程式碼,以徹底利用 GPU 的效能後,部分參數組合產生結果的速度對遊客來說是太快了一點。」他說。

Sims 加入了一個預定的「速度圖」自動加快或調慢模擬畫面的速度,不同的參數組合才不會產生出讓人看了頭昏眼花的畫面。

不管博物館的遊客們決定怎麼修改這些變數,都會體驗到化學成分變形的過程,觀看每次產生出新的圖案。