Lecture automatique Interactive Video pour les études de la communication animale
Summary
Lecture vidéo est une technique largement utilisée dans le comportement animal. Nous avons créé et évalué un programme qui s'applique à base de règles, la lecture interactive en 3-D des animations par ordinateur en réponse à temps réel, des données automatisée sur le comportement des sujets.
Abstract
Lecture vidéo est une technique largement utilisée pour la manipulation contrôlée et la présentation des signaux visuels dans la communication animale. En particulier, basé sur des paramètres d'animation par ordinateur offre la possibilité de manipuler indépendamment n'importe quel nombre de caractéristiques comportementales, morphologiques ou spectrales dans le contexte des réalistes, des images animées d'animaux à l'écran. Une limitation importante de la lecture classique, cependant, est que le stimulus visuel n'a pas la capacité d'interagir avec l'animal vivant. Empruntant la technologie du jeu vidéo, nous avons créé un système automatisé et interactif pour la lecture vidéo qui contrôle les animations en réponse à des signaux en temps réel à partir d'un système de suivi vidéo. Nous avons démontré cette méthode en menant compagnon de choix des essais sur les poissons porte-épée féminine, Xiphophorus birchmanni. Les femelles ont reçu un choix simultané entre un mâle courtisant conspécifiques et un mâle courtisant hétérospécifiques (X. Malinche) sur les côtés opposés d'un aquarium. Le stimulus virtuel masculine a été programmé pour suivre la position horizontale de la femme, en tant que mâles courtisent faire dans l'état sauvage. Mate-le choix des essais sur les sauvages X. femelles birchmanni ont été utilisés pour valider la capacité du prototype efficacement générer un stimulus réaliste visuelle.
Protocol
Discussion
Les méthodes précédentes pour la lecture vidéo interactive dans le comportement des animaux se sont appuyés sur un opérateur humain pour fournir les réponses aux indices comportementaux chez les sujets. Avec IVP, nous avons créé un programme qui applique les règles de l'interactivité basée en réponse à temps réel, des données automatisée sur le comportement des sujets. Nous brièvement les étapes de la création du programme ci-dessous.
La première étape était de créer numériques exemplaires mâles de X. birchmanni et X. Malinche. Nous avons pris une approche semblable à celle des études précédentes 6. Nous avons créé des maillages 3D qui sont calquées sur les textures à partir de photographies du réel x. birchmanni et X. Malinche. Pour capturer les textures réalistes du vrai poisson, les mêmes photographies utilisées pour modéliser les formes de poissons ont été utilisées comme textures pour les poissons. Une carte planaire appliquées à leurs coordonnées UV aligné la carte UV avec la texture photo. Deuxièmement, le maillage des poissons numérique doit se déforment comme un vrai poisson. Pour ce faire, un squelette virtuel a été créé pour le corps et les nageoires et les «écorchés» pour la maille. Le processus de dépouillement permet le maillage de se déformer lorsque les articulations sont en rotation.
Deuxièmement, nous avons ajouté motion pour le poisson numérique. Six mouvements clés qui un poisson xipho mâle fait ont été animés. Trois de ces mouvements ont été utilisées pour représenter les différentes vitesses au cours de laquelle un poisson nager. Les trois autres mouvements ont été les poissons restants encore, le tournage, ou présentant une parade nuptiale latérale. Comme les hommes peuvent élever ou abaisser leur nageoire dorsale conformément à savoir si les récepteurs masculins ou féminins sont présents 3, nous avons découplé du mouvement de la nageoire dorsale de celui de la parade nuptiale latérale. La nageoire dorsale a été saisi afin qu'il puisse être relevé ou abaissé à tout moment pendant le cycle. Un total de cycles d'animation de vingt à quatre ont été utilisés. Chaque cycle a commencé et s'est terminée avec le poisson dans la même posture afin que les cycles d'animation pourraient facilement se fondre ensemble. Tous les cycles d'animation de vingt à quatre ont été créées par rotoscopie 7,8 le mouvement souhaité de la vidéo-dessus d'un live, courtiser mâles X. birchmanni.
Troisièmement, nous avons permis à l'interactivité. Nous avons utilisé le système Viewer Biobserve de suivre en temps réel la position du museau, le corps et la queue du xipho femelle et de transmettre cette information en temps réel pour le programme IVP. Cela a été fait séparément pour chaque mâle courtise sur chaque moniteur. L'animation des hommes suivis de position des poissons sujet. Nous avons modélisé suivant à l'aide de Reynolds est arrivé 9,10 comportement de la direction, qui a permis aux hommes de suivre les femmes et ralentir à l'approche de la femelle.
Pour calculer la position du poisson xipho mâle à chaque pas de temps, le système a été fourni avec la position actuelle de la femelle, ce qui a permis au programme de calculer les forces qui animent le mâle. Tout d'abord, le vecteur-cible offset a été calculé en soustrayant la position des poissons mâles de la position de la femelle. Deuxièmement la distance entre le poisson mâle à la femelle a été déterminé en prenant de l'ampleur du vecteur cible de compensation. Troisièmement, la vitesse désirée du poisson mâle a été déterminée en divisant la distance par une valeur de décélération constante. Cela a permis aux poissons mâles à ralentir à l'approche du poisson femelle. Dernière, l'accélération souhaitée a été calculé en soustrayant la vitesse du courant du mâle de la vitesse désirée.
Comme les animations sont rendus comme des cadres discrets de la vidéo à 60 Hz, les calculs ont été effectués pour chaque étape de temps discrets, à des intervalles de 0,016 secondes. Vitesse maximale a été fixée à une valeur de 10 cm / s pour ces expériences. Si l'ampleur de la nouvelle vitesse était supérieure à la vitesse maximale, la vitesse a été réglée au maximum.
Pour cette simulation particulière, les poissons mâles interactifs soulevé sa nageoire dorsale 50% du temps, et seulement pendant les interactions cour. Le comportement de cour latérale d'affichage a été déclenchée lorsque le stimulus masculin était de moins de 0,25 longueurs corps du poisson xipho femmes dans la dimension Z.
Nous avons été surpris que l'interactivité aboli la préférence des femmes pour les congénères, malgré le fait que les animations non-interactif a suscité une forte préférence et étant donné que les femmes ont passé la majorité du temps de s'associer avec les stimuli interactifs. Une possibilité est que suit de près la femelle peut l'emporter sur des indices visuels utilisés pour évaluer les mâles, comme l'épée et la nageoire dorsale. Alternativement, les femelles peuvent être moins susceptibles de perdre de l'intérêt chez un homme de cour, et donc moins susceptibles de l'échantillon à la fois les individus (figure 5).
Néanmoins, nos résultats montrent que le principe de fonctionnement de la technologie du jeu vidéo à savoir, piloté par logiciel, fondé sur des règles agents répondant à l'entrée utilisateur peut être appliquée avec succès à la lecture interactive dans des études dele comportement animal. Ce type de règles basé lecture interactive devrait s'avérer utile pour les études de mouvement et collectif shoaling 11,12. En particulier, la capacité de manipuler les règles qu'un exemplaire virtuel utilise des bancs devrait nous donner un aperçu des processus qui utilisent les animaux pour prendre des décisions bancs.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous sommes redevables à Stephan Schwartz et Christian Gutzen des Biobserve GmbH pour le parrainage de cet article et de l'assistance technique beaucoup. Nous remercions Olivia Ochoa, Christian Kaufmann, et Zachary Cress de l'aide pour les soins de poissons; nous sommes reconnaissants envers le gouvernement fédéral mexicain pour la permission de recueillir les poissons. Nous sommes redevables à Glen Vigus, Frédéric Parke, et le Laboratoire de visualisation à la Texas A & M. Athéna Mason et Ryan Easterling aidé à préparer cette publication. Le financement a été fourni par Texas A & M University et NSF IOS-1045226.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| Maya 8.0 | ||||
| C# program using Microsoft’s XNA Game Studio 2.0 | ||||
| BIOBSERVE Viewer 2 | ||||
| Dell 15” CRT monitor (2) | ||||
| 20 X 20 X 80 cm Plexiglas testing aquarium | ||||
| Dell Latitude computer (animation server) |
References
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