November 2nd, 2012
وصفنا منهجية جديدة لخلق طبيعي 3-D الكائنات والفئات الكائن مع وجود اختلافات ميزة محددة بدقة. نستخدم محاكاة العمليات البيولوجية وعلم تطور السلالات من التشكل لإنشاء وطبيعي رواية الظاهري الكائنات 3-D والفئات الكائن الذي يمكن بعد ذلك تقديم والصور المرئية أو كائنات لمسي.
يهدف هذا الإجراء إلى إنشاء كائنات وفئات كائنات لدراسة كيفية إدراكنا للأشياء وتعلمها عن طريق البصر و / أو اللمس. أولا ، يتم استخدام التشكل الافتراضي أو VM لمحاكاة عمليات التطور الجنيني المبكر وإنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد افتراضية طبيعية جديدة تسمى الأجنة الرقمية. ثم باستخدام التكوين الفيزيائي الافتراضي أو فئات كائنات VP بخصائص إحصائية محددة بدقة بناء على الجنين الرقمي المدخل.
إذا كان المبدأ المطلوب ، فيمكن استخدام تحليل المكونات لإنشاء اختلافات إضافية في الشكل بين الكائنات الافتراضية التي تم إنشاؤها بواسطة التشكل الافتراضي وعدم تكوين الفيزياء الافتراضي. يمكن حساب احتمالية أن ينتمي كائن معين إلى فئة معينة بدقة باستخدام الاستدلال البايزي المستند إلى الميزات. إذا لزم الأمر ، يمكن إنشاء مطبوعات لمسية للكائنات الافتراضية الناتجة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد.
سيتم توضيح كل طريقة من هذه الطرق بمزيد من التفصيل لاحقا مقارنة بالطرق الحالية. تخلق هذه الأساليب الجديدة اختلافات طبيعية ولكنها قابلة للقياس بدقة تنشأ دون الحاجة إلى قيود يفرضها المحقق. إنها توفر أدوات جديدة في مجالات الإدراك البصري واللمسي ، والتعلم الإدراكي ، والرؤية الآلية ، ولها تطبيقات محتملة في إعادة تأهيل العديد من أنواع الإعاقات البصرية من خلال التدريب البصري عبر المعادن.
ومن المثير للاهتمام ، أنه يمكن أيضا تطبيق هذه الطريقة لدراسة عمليات التشكل والتطور نفسها ، وكانت لدينا فكرة هذه الطريقة لأول مرة عندما كنا نبحث عن طرق لتوليد محفزات بصرية طبيعية ، ولكن يمكن تحديدها بدقة للدراسات والرؤية الحسابية. في البداية ، قد يعاني الأفراد الذين يعرفون من خلال هذه الطريقة من خلال جوانبها المكثفة في الرياضيات والبرمجة ، لذلك سيوضح هذا العرض المرئي كيفية تنفيذ هذه الطريقة واستخدامها بشكل صحيح. في ورشة عمل الأجنة الرقمية ، حدد مجموعة من الإعدادات أو النمط الجيني لتوليد جنين واحد لتوليد أجنة متعددة.
كرر هذه العملية عدة مرات لإنشاء أشكال أكثر تعقيدا عن طريق التشكل الافتراضي. قم بزيادة عدد دورات النمو لتحديد عدد المرات التي ستنقسم فيها خلايا الجنين. تقوم ورشة الأجنة الرقمية تلقائيا بحفظ كل جنين كملف OBJ حتى تتمكن لاحقا من استخدام الجنين مع مجموعات أدوات النمذجة ثلاثية الأبعاد التجارية.
قم بإنشاء المحفزات المرئية عن طريق تعيين المعلمات الرسومية القياسية المختلفة مثل الاتجاه والحجم والإضاءة وملمس السطح والخلفية لإنشاء فئات الكائنات. إنشاء أحفاد كائن سلف بطريقة هرمية. يمكنك أيضا تغيير الشكل بسلاسة باستخدام التحول مع الحفاظ على المراسلات الفردية للرؤوس بين الكائنات.
ومن المثير للاهتمام ، أنه يمكن أيضا استخدام الكائنات الافتراضية بخلاف الأجنة الرقمية كمدخلات لعدم تكوين الفيزياء الافتراضي. حدد الكائنات ضمن فئة معينة لتحقيق توزيع معين للميزات. على سبيل المثال ، إذا كنت ترغب في إنشاء فئتين مختلفتين في الحجم ، فقم بإزالة الكائنات متوسطة الحجم بشكل انتقائي لإنشاء توزيع ثنائي النمط لأحجام الكائنات.
الآن ، قم بقياس التشابه بموضوعية بين زوج معين من الفئات باستخدام طرق النشوء والتطور المتاحة مثل الارتباط الصوتي المشترك. يمكن إجراء هذه الحسابات باستخدام مجموعات الأدوات التحليلية المتاحة بشكل شائع مثل MATLAB أو R لأي زوج معين من الكائنات حيث يتوافق كل رأس لجسم واحد بالضبط مع رأس واحد بالضبط من الكائن الآخر ، يكون التحول واضحا. حدد نقاط الاستيفاء واستخدم التحويل الخطي بين الكائنين للاستيفاء بسلاسة بين الرؤوس المقابلة.
أولا ، حدد المكونات الأساسية كواصفات محددة لمجموعة معينة من الكائنات. يمكن حساب المكونات الأساسية باستخدام متوسط MATLAB أو R ، وإحداثيات كل رأس عبر جميع كائنات إدخال N لإنشاء كائن متوسط ، وضرب أي مكون P في قيمة egen المقابلة lambda والوزن المطلوب wj ، وإضافته إلى الكائن المتوسط لإنشاء كائن جديد. تستمر Aj في تغيير WJ بسلاسة لإنشاء اختلافات سلسة في الشكل على طول مكون أساسي معين.
لإنشاء شبكة متعددة الأبعاد من الأشكال، استخدم مجموعة من الأوزان لكل مكون من المكونات الأساسية المتعددة. اطبع كائنات ثلاثية الأبعاد باستخدام نموذج أولي ثلاثي الأبعاد. إذا لزم الأمر، اضبط حجم الكائن وقم بتنعيم سطح الكائن لتحسين الطباعة.
تتمثل إحدى المهام المهمة في المعالجة المرئية في استنتاج الفئة التي ينتمي إليها كائن مرصود معين. جزئيا باستخدام المعلومات حول السمات المعروفة للكائن ، تكون الأجنة الرقمية مفيدة. عند دراسة هذه العملية الاستدلالية ، لنفترض أن مهمة التصنيف ثنائية.
أي أن هناك فئتين محتملتين فقط وأن مهمتنا تتضمن التمييز بين الفئة K والفئة L ، فليكن C هو متغير الفئة ، C يساوي K أو C يساوي L وفقا لما إذا كانت الصورة المرصودة I تنتمي إلى الفئة K أو L على التوالي. بافتراض وجود ميزة ثنائية واحدة بالضبط F ، احسب احتمال أن تكون الفئة K بالنظر إلى المعلومات الموجودة في الصورة. وبالمثل ، بالنسبة لاحتمال أن تكون الفئة L ، اختر الفئة ذات الاحتمال الأعلى.
على سبيل المثال، ابدأ بميزة الأجزاء الإعلامية هذه وقيمة عتبة 0.69. تتمثل المهمة في تحديد ما إذا كانت هذه الميزة موجودة في صورة معينة مثل الصورة الموجودة في أقصى اليمين في الطريق G three. قم أولا بتمرير القالب فوق جميع المواقع الممكنة في حساب الصورة في كل موقع، القيمة المطلقة للارتباط المتبادل الطبيعي بين القالب والصورة الفرعية الأساسية.
ثم حدد موقع الصورة بأعلى قيمة. إذا كانت هذه القيمة أعلى من العتبة ، استنتج أن الميزة موجودة ، وإلا استنتج أنها غائبة. في إطار الاستدلال القائم على الميزات ، نفترض أن جميع المعلومات التي يستخرجها المراقب من الصورة موجودة في قيمة هذه الميزة.
لذلك ، تصبح المهمة هي تحديد قيمة F في احتمالات حساب الصورة المحددة لتلك القيمة F ، واختيار الفئة ذات الاحتمال الأعلى. هذا هو إطار بايز لتجميع جميع الاحتمالات ذات الصلة. لاحظ أن المقام في المعادلتين هو نفسه ، لذا قصر الانتباه على البسط.
افترض أن شقة سابقة أن كلا الفئتين بداهة. على نفس القدر من المحتمل أن تكون المهمة الآن هي حساب احتمالية وجود قيمة ميزة معينة في صورة من فئة معينة C.على سبيل المثال ، استخدم الصور الست من الفئة L كأمثلة لحساب احتمال وجود الميزة في صورة من الفئة L.أولا ، خذ جميع صور التدريب التي تنتمي إلى L لكل صورة ، حدد ما إذا كانت قيمة الميزة هي قيمة الميزة الموجودة في الصورة، أو الصفر الذي تكون الميزة غائبة. ثم احسب جزء الصور الذي تكون فيه قيمة الميزة واحدة.
لذلك ، فإن احتمال وجود الميزة في صورة من الفئة L هو 0.33 لتقديرات دقيقة ، استخدم 30 صورة على الأقل لكل فئة. في تجربة نموذجية ، سنحتاج إلى معرفة التقدير الداخلي للموضوع لهذا الاحتمال. لاحظ كيف أن استخدام الأجنة الرقمية يجعل هذا الأمر سهلا بشكل خاص.
نظرا لأن لدينا سيطرة كاملة على تعرض الموضوع للأجنة الرقمية ، يمكننا التأكد من أن القيمة المحسوبة داخليا للموضوع تتوافق مع تقديرنا ولا تتأثر بأي تجربة سابقة غير خاضعة للرقابة وغير معروفة. بطريقة مماثلة ، احسب احتمالات غياب الصورة ووجودها في الفئتين K و L. بالنظر إلى هذه القيم ، يمكن إجراء الاستدلال لتحديد تسمية الفئة لهذه الصورة الجديدة. أولا ، حدد ما إذا كانت الميزة F موجودة في الصورة باستخدام الصيغ السابقة المحددة للاحتمالات غير العادية والقيم المحسوبة للتو ، وحساب احتمالات وجود الفئات في صورة ، K و L. ، تشير هذه البيانات إلى أن الصورة من الفئة K. على الرغم من الثقة المنخفضة نسبيا ، فإن التشكل الافتراضي يوفر إمدادا غير محدود من الأشكال ثلاثية الأبعاد الجديدة.
هنا ، يتم إنشاء الأجنة الرقمية عن طريق محاكاة العمليات الرئيسية للتطور الجنيني البيولوجي. يبدأ كل شوط بعشري الوجوه ويولد جنينا فريدا. بناء على إعدادات المورفوجين ، يمكن معالجة الأجنة الرقمية بيانيا لإنشاء مشاهد مرئية ذات تعقيد تعسفي باستخدام أي مجموعة أدوات رسومية قياسية.
على سبيل المثال ، يمكن تركيب نفس الجنين الرقمي بشكل مختلف وإضاءةه حسب الرغبة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إنشاء مشاهد مرئية ذات تعقيد تعسفي مثل هذا المشهد مع جنين رقمي مموه على خلفية ذات نسيج مماثل باستخدام بيئة نمذجة وعرض ثلاثية الأبعاد متاحة تجاريا. تحاكي خوارزمية عدم تكوين الفيزياء الافتراضية التطور البيولوجي.
تحاكي خوارزمية عدم تكوين الفيزياء الافتراضية التطور البيولوجي. تظهر الكائنات الجديدة وفئات الكائنات كاختلافات وراثية تتراكم بشكل انتقائي ولكنها تتراكم اختلافات في الشكل الخاصة بها أثناء تطورها. في هذا المثال بالذات ، سلف مشترك واحد ، عشري الوجوه ينتج ثلاثة أجيال من الأحفاد.
يزداد تعقيد الشكل من عشري الوجوه إلى الجيل G واحد لأننا نسمح بزيادة عدد الخلايا ، لكن تعقيد الشكل الكلي يظل كما هو من الجيل G واحد فصاعدا. شجرة العائلة هذه قابلة للمقارنة من نواح أخرى ، لكنها تستخدم كائنات غير جنينية تم تنزيلها من بائعي الكائنات الافتراضية. لاحظ أن الكائنات التي تشترك في سلف مشترك تشكل بشكل مباشر فئة.
نظرا لعدم السماح بتقسيم الخلايا في أي جيل ، فإن جميع اختلافات الشكل تنتج فقط عن حركة و / أو نمو الخلايا الفردية للكائن المحدد. في هذا السيناريو ، يخلق التحول اختلافات سلسة في الشكل عن طريق الاستيفاء بين الرؤوس المقابلة للكائنين المعينين. أقصى اليسار وأقصى اليمين.
تخلق مكونات مبدأ الجنين أيضا اختلافات سلسة في الشكل. يمثل هذا الجنين المتوسط الحسابي البالغ 400 جنين. في هذه الحالة بالذات ، يمثل المكونان الأساسيان الأولان 73٪ و 19٪ من معلومات الشكل على التوالي.
تم الحصول على الأجنة عن طريق تغيير قيم السمك المرجحة. يمكن تقديم هذه الأجنة الرقمية ككائنات افتراضية ثلاثية الأبعاد ثم طباعتها ككائنات لمسية باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد قياسية متوفرة تجاريا أو نموذج أولي لدراسة الإدراك البصري كاستدلال ، ولا سيما الاستدلال البايزي. الأجنة الرقمية هي أداة لا تقدر بثمن لإنشاء فئات جديدة بمعلمات خاضعة للرقابة مثل المقدمات والاحتمالات.
بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إنشاء مجموعة من الأجنة الرقمية المناسبة لتجربتك الخاصة. يمكن إنشاء كائنات فردية أو فئات كاملة بدرجات مختلفة من التباين والتعقيد بسهولة. يمكن استخدام الصور الناتجة لإجراء تجارب في التعرف على الكائنات والتصنيف وتعلم الفئات وغيرها الكثير.
تقدم هذه الدراسة منهجية جديدة لإنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد وفئات طبيعية من خلال محاكاة العمليات البيولوجية. يعتمد النهج على التشكل الافتراضي والتطور الافتراضي لإنشاء كائنات افتراضية يمكن تقديمها بصريًا أو كطبعات لمسيّة.
Creating naturalistic, quantifiable 3D object stimuli enables rigorous study of perception and perceptual learning in biological and machine systems. This approach supports target validation by providing controlled, measurable inputs for hypothesis testing in sensory neuroscience and computational vision. The methodology enhances predictive confidence in preclinical models by reducing stimulus confounds and enabling systematic manipulation of shape complexity.
The method integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification by providing naturalistic, measurable stimuli for perception-based assays.