Riproduzione automatica Interactive Video per gli Studi di comunicazione animale
Summary
Riproduzione video è una tecnica ampiamente utilizzata in comportamento animale. Abbiamo creato e valutato un programma che applica regole-base, la riproduzione interattiva del 3-D animazioni al computer in risposta a tempo reale, automatizzato di dati sul comportamento dei soggetti.
Abstract
La riproduzione video è una tecnica ampiamente utilizzata per la manipolazione controllata e la presentazione di segnali visivi di comunicazione animale. In particolare, basate su parametri animazione al computer offre la possibilità di manipolare in modo indipendente una serie di caratteristiche comportamentali, morfologici, o spettrale nel contesto realistico, immagini in movimento di animali sullo schermo. Una limitazione importante di riproduzione convenzionale, tuttavia, è che lo stimolo visivo non ha la capacità di interagire con l'animale vivo. Prendendo in prestito da video-gioco la tecnologia, abbiamo creato un sistema automatico, sistema interattivo per la riproduzione video che controlla le animazioni in risposta a segnali in tempo reale da un sistema di monitoraggio video. Abbiamo dimostrato questo metodo conducendo compagno di prove a scelta di pesce portaspada femmina, Xiphophorus birchmanni. Le femmine hanno dato una scelta simultanea tra un maschio corteggia conspecifici e un maschio corteggia heterospecific (X. malinche) sui lati opposti di un acquario. Lo stimolo virtuale maschile è stato programmato per tracciare la posizione orizzontale della femmina, come fanno i maschi corteggiare in natura. Mate-scelta prove su catturati X. femmine birchmanni sono stati utilizzati per validare la capacità del prototipo di generare uno stimolo efficace realismo visivo.
Protocol
Discussion
Metodi precedenti per la riproduzione di video interattivi in comportamento animale hanno fatto affidamento su un operatore umano a fornire risposte agli stimoli comportamentali di soggetti. Con IVP, abbiamo creato un programma che applica le regole-base dell'interattività in risposta a tempo reale, automatizzato di dati sul comportamento dei soggetti. Abbiamo brevemente i passaggi necessari per creare il programma qui sotto.
Il primo passo è stato quello di creare digitale esemplari maschi di X. birchmanni e X. Malinche. Abbiamo preso un approccio simile a studi precedenti 6. Abbiamo creato maglie 3D che sono modellati su trame basate su fotografie di veri X. birchmanni e X. Malinche. Per catturare le texture realistiche dei pesci reali, le stesse fotografie utilizzato per modellare le forme di pesce sono state usate come texture per i pesci. Una mappa planare applicato al loro coordinate UV allineato la mappa UV con la texture fotografia. In secondo luogo, la rete pesce digitale deve deformarsi come un pesce vero e proprio. Per fare questo, uno scheletro virtuale è stato creato per il corpo e le pinne e la "pelle" per la maglia. Il processo di scuoiatura consente la maglia da deformare quando le articolazioni sono ruotati.
In secondo luogo, abbiamo aggiunto il movimento per il pesce digitale. Sei movimenti chiave che un pesce portaspada maschi fa sono stati animati. Tre di questi movimenti sono stati utilizzati per rappresentare le diverse velocità alle quali un pesce che nuotano. Gli altri tre movimenti sono stati i pesci rimasti ancora, tornire, esibendo un display laterale corteggiamento. Dal momento che i maschi possono alzare o abbassare la loro pinna dorsale in accordo con i ricevitori se maschio o femmina sono presenti 3, abbiamo disaccoppiato il movimento della pinna dorsale da quella del display corteggiamento laterale. La pinna dorsale è stato immesso in modo che potesse essere alzato o abbassato in qualsiasi momento durante il ciclo. Un totale di 24 cicli di animazione sono stati utilizzati. Ogni ciclo è iniziato e si è concluso con il pesce nella stessa posizione in modo che i cicli di animazione potrebbe facilmente si fondono insieme. Tutti i 24 cicli di animazione sono stati creati da 7,8 rotoscoping il movimento desiderato dal video sovraccarico di un live, corteggiamento maschile X. birchmanni.
In terzo luogo, abbiamo attivato l'interattività. Abbiamo usato il sistema Biobserve Viewer per tenere traccia in tempo reale la posizione del muso, corpo e coda del portaspada femmina e trasmettere le informazioni in tempo reale al programma IVP. Ciò è stato fatto separatamente per ogni maschio corteggiamento su ogni monitor. L'animazione maschile seguito la posizione del pesce soggetto. Abbiamo modellato seguendo con Reynolds è arrivato comportamento dello sterzo 9,10, che ha permesso di seguire il maschio la femmina e decelerare quando si avvicina la femmina.
Per calcolare la posizione del pesce portaspada maschio ad ogni passo, il sistema è stato fornito con la posizione attuale della femmina, che ha permesso al programma di calcolare le forze che guidano il maschio. In primo luogo, l'obiettivo-offset vettore è stato calcolato sottraendo la posizione dei pesci di sesso maschile dalla posizione del pesce femmina. Secondo la distanza dal pesce maschio alla femmina di pesce è stato determinato prendendo l'ampiezza del target-offset vettore. In terzo luogo, la velocità desiderata dei pesci di sesso maschile è stato determinato dividendo la distanza per un valore di decelerazione costante. Questo ha permesso il pesce maschio a rallentare mentre si avvicinava il pesce femmina. Ultimo, l'accelerazione voluta è stata calcolata sottraendo velocità della corrente del maschio dalla velocità desiderata.
Dal momento che le animazioni sono resi come cornici discreta del video a 60 Hz, i calcoli sono stati fatti per ogni step tempo discreto, a intervalli di 0,016 secondi. Velocità massima è stato impostato su un valore di 10 cm / s per questi esperimenti. Se l'ampiezza della nuova velocità è stata superiore alla velocità massima, la velocità è stata impostata al massimo.
Per questa simulazione particolare, il pesce interattivo maschile alzato la pinna dorsale del 50% del tempo, e solo durante le interazioni corteggiamento. Il laterale comportamento di visualizzazione corteggiamento è stato attivato ogni volta che lo stimolo maschile era in 0,25 lunghezze corpo del pesce portaspada femminile nella dimensione Z.
Siamo rimasti sorpresi che l'interattività abolito la preferenza femminile per i conspecifici, nonostante il fatto che il non-interattiva animazioni suscitato una forte preferenza e dato che le femmine trascorso la maggior parte del tempo l'associazione con gli stimoli interattivi. Una possibilità è che segue da vicino la femmina può ignorare segnali visivi utilizzati per valutare i maschi, come la spada e la pinna dorsale. In alternativa, le femmine possono essere meno probabilità di perdere interesse in un corteggiamento maschile, e quindi meno probabile che entrambi gli individui del campione (figura 5).
Tuttavia, i nostri risultati mostrano che il principio di funzionamento del video-gioco e cioè la tecnologia, software-driven, basato su regole agenti di rispondere agli input dell'utente può essere applicato con successo alla riproduzione interattivo in studi dicomportamento animale. Questo tipo di regole basate riproduzione interattivi dovrebbero rivelarsi utile per gli studi di movimento shoaling e collettiva 11,12. In particolare, la capacità di manipolare le regole che un esemplare virtuale utilizza per shoaling dovrebbe darci comprensione dei processi che gli animali utilizzano per prendere decisioni shoaling.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Siamo in debito con Stephan Schwartz e cristiana Gutzen di Biobserve GmbH per sponsorizzare questo articolo e per gran parte l'assistenza tecnica. Ringraziamo Olivia Ochoa, Christian Kaufman, e Zachary Cress per l'assistenza con cura i pesci, siamo grati al governo federale messicano per il permesso di raccogliere i pesci. Siamo in debito con Glen Vigus, Frederic Parke, e il Laboratorio di visualizzazione della Texas A & M. Athena Mason e Ryan Easterling assistito nella preparazione di questa pubblicazione. Il finanziamento è stato fornito da Texas A & M University e 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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