Автоматизированная Интерактивная Воспроизведение видео по изучению коммуникации животных
Summary
Воспроизведение видео является широко используемый метод в поведении животных. Мы создали и оценили программу, которая применяется на основе правил, интерактивное воспроизведение 3-D анимации компьютер в ответ в режиме реального времени, автоматизированные данные на тему поведения.
Abstract
Воспроизведение видео является широко используемым методом для контролируемого манипулирования и представления визуальных сигналов в коммуникации животных. В частности, на основе параметров компьютерной анимации предлагает возможность самостоятельно управлять любым количеством поведенческие, морфологические, или спектральных характеристик в контексте реальных, движущиеся изображения животных на экране. Главное ограничение обычного воспроизведения, однако, является то, что зрительный стимул отсутствует способность взаимодействовать с живого животного. Заимствования из видеоигр технологии, мы создали автоматизированный, интерактивная система для воспроизведения видео, который управляет анимацией в ответ на сигналы реального времени с помощью системы отслеживания видео. Мы продемонстрировали этот метод путем проведения мате-выбор испытаний на женских рыбы меченосца, Xiphophorus birchmanni. Женщины получили одновременного выбора между ухаживания мужчины конспецифичный и ухаживания мужчин гетероспецифических (X. Малинче) на противоположных сторонах аквариума. Виртуальные мужчины стимул был запрограммирован для отслеживания горизонтального положения женщин, как ухаживать самцы в дикой природе. Мате-выбор испытаний на пойманных X. birchmanni женщины были использованы для проверки способности прототипа эффективно генерировать реалистичные визуальные стимулы.
Protocol
Discussion
Предыдущие методы для интерактивного воспроизведения видео в поведении животных сделали ставку на человека-оператора, чтобы дать ответ на поведенческие сигналы от предметов. С IVP, мы создали программу, которая применяется на основе правил, интерактивность в ответ в режиме реального времени, автоматизированные данные на тему поведения. Мы кратко этапы создания программы ниже.
Первым шагом было создание цифровых мужской экземпляров X. birchmanni и X. Малинче. Мы взяли подход похож на предыдущие исследования 6. Мы создали 3D-сетки, которые по образцу текстур на основе фотографий реальных X. birchmanni и X. Малинче. Для захвата реалистичные текстуры реальной рыбы, те же фотографии используются для моделирования рыб формы были использованы в качестве текстуры для рыбы. Плоские карты применялись к их координаты UV выровнены УФ карта с фотографией текстуры. Во-вторых, цифровая сетка рыба должна деформироваться как настоящая рыба. Чтобы достичь этого, виртуальная скелет был создан для тела и плавники и "кожей", чтобы сетка. Шкуры процесс позволяет сетки должны быть деформированы, когда суставы повернуты.
Во-вторых, мы добавили в движении к цифровому рыбы. Шесть основных движений, которые самец меченосца делает были анимированы. Три из движений используются для представления различных скоростях, при которых рыба будет плавать. Остальные три движения рыбы оставшиеся до сих пор, поворот, или экспонирование боковой дисплей ухаживания. Так как самцы могут увеличивать или уменьшать их спинной плавник, в соответствии с будь то мужчина или женщина приемники присутствуют 3, мы отделены движение спинной плавник от боковой дисплей ухаживания. Спинной плавник был ключом, так что она может быть повышена или понижена в любой момент в течение цикла. В общей сложности из двадцати четырех циклов анимации были использованы. Каждый цикл начинался и заканчивался с рыбой в той же позе, так что анимация циклы могут легко смешаться вместе. Все двадцать четыре цикла анимации были созданы ротоскопирования 7,8 желаемого движения от верхних видео жить, ухаживания мужчин X. birchmanni.
В-третьих, мы включили интерактивности. Мы использовали Biobserve система просмотра отслеживать в режиме реального времени положение морда, тело и хвост женщин меченосца и передавать эту информацию в режиме реального времени программы IVP. Это было сделано отдельно для каждого ухаживания мужчин на каждом мониторе. Мужской анимации следуют позиции субъекта рыбы. Мы смоделировали следующий использованием Рейнольдс прибыла рулевое поведение 9,10, что позволило мужчин следовать женского и замедляться по мере приближения женщины.
Чтобы вычислить положение самец меченосца на каждом шаге по времени, система поставляется с текущего положения женщин, что позволило программе для расчета сил, которые управляют мужчины. Во-первых, цель смещения вектора рассчитывается путем вычитания положение мужчины рыбы с позиции женщины рыбы. Второй расстояние от мужчины рыбы женщина рыбы было определено, принимая величину целевой вектор смещения. В-третьих, нужную скорость самца рыбы определяется путем деления расстояния на постоянную величину замедления. Это позволило самец замедляться по мере приближения женщина рыбы. Наконец, желаемый ускорение рассчитывается путем вычитания скорость течения самца от желаемой скорости.
С анимацией предоставляются в виде отдельных кадров видео с частотой 60 Гц, расчеты были сделаны для каждого дискретного шага по времени, с интервалом в 0,016 секунды. Максимальная скорость была установлена на значение 10 см / с для этих экспериментов. Если величина новая скорость была больше, чем максимальная скорость, скорость была установлена на максимум.
Для этого конкретного моделирования, интерактивные самец поднял ее спинной плавник 50% времени, и только в период ухаживания взаимодействий. Бокового поведения ухаживания дисплей был спровоцирован, когда мужчины стимулом была в пределах 0,25 длины тела женского рыбы меченосца в измерении Z.
Мы были удивлены тем, что интерактивность отменили женщины предпочитают conspecifics, несмотря на то, что не интерактивные анимации вызвал сильное предпочтение и учитывая, что женщины провели большую часть времени общения с интерактивными раздражители. Одной из возможностей является то, что внимательно следит женщина может изменить визуальные сигналы, используемые для оценки мужчин, например, меч и спинного плавника. Кроме того, женщины могут быть меньше, скорее всего, потеряет интерес к ухаживания самца, и, следовательно, менее вероятно, образец как физические, так (рис. 5).
Тем не менее, наши результаты показывают, что принцип действия видеоигры технологии, а именно программным управлением, основанной на правилах агентов в ответ на ввод пользователя может быть успешно применен для интерактивного воспроизведения в исследованияхповедения животных. Этот тип на основе правил интерактивного воспроизведения должны оказаться полезными для изучения обмеления и коллективного движения 11,12. В частности, способность манипулировать правила, которые виртуальные экземпляр использует для обмеления должно дать нам представление о процессах, которые животные используют, чтобы сделать обмеления решений.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы в долгу перед Стефан Шварц и христианской Gutzen из Biobserve GmbH за спонсирование этой статьи и за большую техническую помощь. Мы благодарим Оливия Очоа, Кристиан Кауфман, и Закари Кресс за помощью с рыбой помощи; мы благодарны мексиканского федерального правительства разрешение на сбор рыбы. Мы в долгу перед Глен Вигус, Фредерик Parke и визуализации лаборатории в Техасе & M. Афина Мейсон и Райан Истерлинг оказана помощь в подготовке данной публикации. Финансирование было предоставлено Техас & M University и 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
- Fisher, H. S., Mascuch, S., Rosenthal, G. G. Multivariate male traits misalign with multivariate female preferences in the swordtail fish, Xiphophorus birchmanni. Anim. Behav. 78, 265-269 (2009).
- Fisher, H. S., Rosenthal, G. G. Hungry females show stronger mating preferences. Behavioral Ecology. 17, 979-981 (2006).
- Fisher, H. S., Rosenthal, G. G. Male swordtails court with an audience in mind. Biology Letters. 3, 5-7 (2007).
- Wong, B. B. M., Rosenthal, G. G. Female disdain for swords in a swordtail fish. American Naturalist. 167, 136-140 (2006).
- Fisher, H. S., Wong, B. B. M., Rosenthal, G. G. Alteration of the chemical environment disrupts communication in a freshwater fish. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences. 273, 1187-1193 (2006).
- Rosenthal, G. G. Design considerations and techniques for constructing video stimuli. Acta Ethol. 3, 49-54 (2000).
- Turnell, E. R., Mann, K. D., Rosenthal, G. G., Gerlach, G. Mate choice in zebrafish (Danio rerio) analyzed with video-stimulus techniques. Biol. Bull. 205, 225-226 (2003).
- Rosenthal, G. G., Ryan, M. J. Assortative preferences for stripes in danios. Animal Behaviour. 70, 1063-1066 (2005).
- Reynolds, C. W. Flocks, herds and schools: A distributed behavioral model. , 256 (1985).
- Reynolds, C. W. Steering Behaviors For Autonomous Characters. , (1999).
- Hoare, D. J., Couzin, I. D., Godin, J. -. G. J., Krause, J. Context-dependent group size choice in fish. Animal Behaviour. 65, 663-669 (2004).
- Hoare, D. J. &. a. m. p. ;. a. m. p., Krause, J. Social organisation, shoal structure and information transfer. Fish and Fisheries. 4, 269-279 (2003).
