我们描述了一种新的方法,创造自然的3-D对象和对象类的精确定义的功能变化。我们用模拟的生物过程的形态和系统发育创造新颖,自然的3-D虚拟对象和对象类别,然后将其呈现为视觉图像或触觉对象。
为了定量研究对象感知,感知的生物系统的机器,需要创建对象和对象类别,精确地定义,最好是自然的,性能1。此外,知觉学习的研究具有这种性质的2,创建新的对象和对象类(或对象类 ),它是有用的。
目前存在许多创新和有用的方法,创造新的对象和对象类3-6(见参考文献7,8)。但是,一般来说,现有的方法有三个广泛类型的缺点。
首先,形状的变化通常是所施加的实验者5,9,10,因此有可能不同的变异在自然的类别,并优化用于一个特定的识别算法。这将是可取的差异,产生独立的EXTErnally施加的约束。
其次,现有的方法具有难以捕获自然物体11-13的形状的复杂性。如果我们的目标是研究自然的感知对象,它是理想的对象和对象类是自然的,从而避免可能的混淆和特殊情况。
第三,它一般是很难通过常规方法创建的刺激中,定量测定可用的信息。这将是可取的创建对象和对象类别的可用信息,可以精确测量,并在必要的情况下,系统操作(或“微调”)。这使人们在量的方面制定相关的对象的识别任务。
在这里,我们描述了一系列的算法或方法,以满足上述所有三个标准。虚拟形态(VM)创建新的,自然的3-D虚拟的对象被称为“数字化胚胎的模拟生物胚胎发育过程中14。虚拟系统发育(VP)创建新型的,自然的对象类别,通过模拟进化过程中自然选择9,12,13。通过这些模拟的对象和对象类别可以进一步处理各种变形的方法来产生系统变化的形状特征15,16。的副总裁和变形的方法也可以适用,原则上,新的虚拟对象以外的其他数字胚胎,或到虚拟现实世界对象的版本9,13。以这种方式创建的虚拟对象可以呈现为视觉图像,使用常规的图形工具包,所需操作的表面纹理,光照,大小,角度和背景。虚拟对象也可以被“印有”触觉对象,使用传统的3-D prototyper。
我们也介绍了一些实现这些计算的算法,以帮助出版于trate算法的潜在效用。从它们的实现,重要的是要区分的算法。仅提供作为证据的原则“的底层算法的实现示威。重要的是要注意的是,在一般情况下,执行一个计算算法往往有限制,该算法本身不具备。
总之,这些方法代表一组功能强大且灵活的工具,用于研究生物和计算系统的目标识别和知觉学习的一致好评。通过适当的扩展,这些方法也可能证明是有用的形态和系统发育研究中。
认知科学的研究有用的VM和VP
之前我们已经介绍了有用的VM和VP详细L9 ,10,12-14。简单地说,VM,特别是数字化胚胎的方法,是非常有用的,因为它提供了一个创造新的原则和灵活的方法,但自然的3-D物体14。同样,VP提供了一个原则性的方法,创造自然类9,10,12,13。这是值得一提的是对象类别所产生的副总裁份额的许多功能与性质,对象类别包括类别的事实,往往是分层的性质,及内和跨类别的功能变化,出现独立的实验者和算法进行分类他们39。
电流限制及未来发展方向
三个电流限制,我们的协议和方向,为今后的工作中,他们建议尤其值得注意:首先,VM和VP模拟生物过程。虽然,我们表明,作为这些过程的底物,可以使用非生物的虚拟对象,底层的过程仍然是生物动机。然而,自然的对象 – 生物和非生物 – 都经过形状的变化,由于非生物的力量。例如,岩石可能会改变形状,如侵蚀或沉积的地质过程。可能出现的新的类别的岩石等地质过程。它应该是相对简单的将这些进程中可用的形状改变算法的剧目。
我们的协议的第二个主要问题是,其目前的动态形状的变化是相当有限的剧目。这是,需要把一个更大的数组的形状发生变化,如生物运动,或由于风力,水力或重力等外力的运动。我们期望它西港岛线l是相对简单的运用自己已知的计算机动画的算法来实现这种动态的形状变化。
我们的协议的第三个主要的限制是VM目前不包括许多其他已知的形态发生过程,其中最值得注意的是,原肠胚形成36。它也失败,将一些已知的约束,如在植物中的形态发生完全由生长介导,具有很少或没有细胞的运动成为可能的事实,因为细胞壁36。同样,VP不包括其他已知的系统发育过程,如遗传漂变40。解决这些限制将有助于极大地促进发展,生态和进化模拟中使用的协议。
The authors have nothing to disclose.
这项工作是支持的,部分由美国陆军研究实验室和美国陆军研究办公室授予W911NF1110105和国家科学基金会赠款的IOS-1147097to周杰伦赫格德。周杰伦赫格德批试点的视觉发现了佐治亚州健康科学大学学院也提供了支持。但以理书,克斯滕是支持的补助金ONR N00014-05-1-0124和美国国立卫生研究院R01 EY015261和部分WCU计划(世界一流大学)教育,科学和技术部通过韩国国家研究基金会的资助(R31-10008 )。卡琳Hauffen的本科生研究学徒计划(URAP)的美国军队的支持。
Name of toolkit/equipment | Company / Author | Catalogue # | Yorumlar |
Digital Embryo Workshop (DEW) | Mark Brady and Dan Gu | This user-friendly, menu-driven tool can be downloaded free of charge as Download 1 from http://www.hegde.us/DigitalEmbryos. Currently available only for Windows. | |
Digital embryo tools for Cygwin | Jay Hegdé and Karin Hauffen | This is a loose collection of not-so-user-friendly programs. They are designed to be run from the command-line interface of the Cygwin Linux emulator for Windows. These programs can be downloaded as Download 2 from http://www.hegde.us/DigitalEmbryos. The Cygwin interface itself can be downloaded free of charge from www.cygwin.com. | |
Autodesk 3ds Max, Montreal, Quebec, Canada | Autodesk Media and Entertainment | 3DS Max | This is a 3-D modeling, animation and rendering toolkit with a flexible plugin architecture and a built-in scripting language. Available for most of the current operating systems. |
MATLAB | Mathworks Inc., Natick, MA, USA | MATLAB | This is a numerical computing environment and programming language with many useful add-on features. Available for most of the current operating systems. |
R statistical toolkit | R Project for Statistical Computing | R | Can be downloaded free of charge from http://www.r-project.org/. Available for most of the current operating systems. |
OpenGL | Khronos Group | OpenGL | This cross-language, cross-platform graphical toolkit can be downloaded free of charge from www.opengl.org. |
V-Flash Personal Printer | 3D Systems Inc., Rock Hill, SC, USA | V-Flash | This is a good value for all 3-D printing applications described in this report. The print materials are also vended by 3D Systems, Inc. Less expensive models are available in open source form from RepRap (rapmanusa.com) and MakerGear. More expensive models (> $30 K) are available from Objet Geometries, 3DS Systems, Z-Corp, Dimension Printing etc. |
TurboSquid.com | TurboSquid Inc., New York, LA | (various objects) | Various virtual 3-D objects can be downloaded from this site free of charge or for a fee. |
Table 1. Table Of Specific Toolkits And Equipment. |