Los estímulos generados por ordenador Modelo animal

Hola, mi nombre es Kevin w del Centro de Estudio Integrativo del Comportamiento Animal aquí en la Universidad Macquarie en Sydney, Australia. En este artículo basado en video, voy a hablar sobre el uso de animaciones por computadora en experimentos de comportamiento animal. En particular, voy a hablar de cómo fabricamos realmente uno de estos modelos.

Ahora, las animaciones se están volviendo muy populares hoy en día en nuestra cultura contemporánea, pero realmente no vemos mucho de ello en términos de ciencia o en la investigación relacionada con la ciencia. Sin embargo, los primeros intentos de construir animaciones para la ciencia realmente comienzan en algunos procesos muy básicos, y estos procesos a menudo implican cortar y escanear partes particulares de un objeto o un espécimen en particular, o también han utilizado técnicas similares al movimiento biológico, como accesorios de luz puntuales para hacer coincidir ciertas partes particulares de un cuerpo y hacerlo coincidir con una animación. Además, que si queríamos hacer una animación, alguien tendría que hacerlo desde cero.

Ahora, el uso de la animación nos ha permitido estudiar muchas cosas en el comportamiento animal, como el apareamiento, el cortejo, y lo que voy a ver en particular aquí es la comunicación o la comunicación visual. Ahora, el uso de la animación es mucho más sofisticado que los medios tradicionales, como las interacciones en vivo o los métodos invasivos como la cirugía. Así que en este artículo de arte en particular, realmente voy a proporcionar una descripción general de cómo producimos este modelo en particular, y vamos a ver cómo se escanea este modelo.

Vamos a ver cómo agregar textura, los huesos del mapeo UV, el sombreado del peso, cómo capturamos realmente el estímulo para la rotoscopia y, finalmente, cómo se renderiza completamente el proceso hasta que obtengamos una secuencia completa. Hay ocho pasos principales en los que podemos crear toda la animación. El primer paso es proporcionar un escaneo 3D de todo el objeto.

Esto proporciona la forma básica del objeto. Luego tenemos que añadir la textura, que obviamente le da una sensación más realista, y esta textura se descompone en un mapa UV, que permite que ciertos puntos de la textura se coloquen exactamente en el objeto. Luego tendremos que manipular el objeto y luego añadimos skegan, que luego se crean en huesos.

A continuación, se incluye un sombreado de peso para dar también al objeto una perspectiva de equilibrio general en el movimiento. A continuación, tenemos que capturar estímulos concretos en los que podamos modelar el movimiento del objeto. Luego rotoscopiamos estos movimientos sobre las imágenes que hemos capturado y, finalmente, debemos renderizar las secuencias en un formato legible para usar en la reproducción de video, adquirimos un espécimen taxidérmico para usarlo como modelo.

Aquí usamos el Konica Minolta vi dash nine I para reproducir un objeto 3D. La Konica Minolta utiliza la fotografía digital y proporciona una medición de alta precisión mediante el uso de un algoritmo 3D para vincular segmentos fotográficos. Produce la forma y las dimensiones del modelo y convierte las imágenes en datos digitales 3D.

El escaneo 3D toma segmentos particulares de un objeto real y los coloca en un objeto simulado para la animación por computadora. Ahora, este objeto se construye tomando estos segmentos y colocándolos en las posiciones correctas. Esto crea un objeto que podemos manipular en el software de animación.

Aquí proporcionamos una configuración simulada de cómo fotografiamos nuestro objeto y luego cómo convertimos nuestro objeto en un modelo animado en 3D. El objeto se fotografía primero en una variedad de ángulos, y estas imágenes fotografiadas se colocan en la orientación correcta, y esto permite suavizar los contornos de conexión. Esta técnica incorpora el uso de sistemas fotogramétricos, que se utiliza para lograr un alto detalle y una alta precisión del objeto.

Este sistema utiliza marcadores recubiertos y barras de escala controladas por dimensión para mapear las coordenadas de los marcadores de referencia. Estas coordenadas constituyen una constelación 3D que se utiliza para medir con precisión los contornos y las distancias entre cada sección de la fotografía. Los datos se recolectaron utilizando geomagia de gotas de lluvia, y esto se utilizó para adquirir una sola malla poligonal de la forma morfológica de los datos.

Para crear nuestra animación, elegimos utilizar un programa llamado Light Wave 3D. Si bien hay otros programas de animación 3D disponibles, elegimos usar LightWave debido a su interfaz fácil de usar y su capacidad para leer archivos de salida compatibles. Además, LightWave también se compone de dos programas separados, el modelador y el diseño.

El programa modelador LightWave permite la manipulación del objeto resaltando polígonos específicos para los cambios, creando capas para el objeto, agregando color y textura, y creando skegan. El diseño LightWave crea escenas que se utilizan para completar la secuencia de animación. Modler es donde se construyen las características del objeto.

Es aquí donde podemos añadir textura, mapeo UV, skegan inicial, que se convertirá en huesos y también se encargará del peso. El modelador de sombreado es un predecesor del uso de la onda de luz donde realmente se construyen las escenas, por lo que es aquí donde todas las características del objeto se instalan inicialmente en el objeto. Light Wave Layout es un programa en el que se crea la escena real con la excepción de la cuadrícula donde se colocará el objeto Dentro de este plano X, Y y Z, tiene otras dos características particulares.

Tienes la cámara, que realmente filma la escena, y la cámara en sí se puede colocar en cualquier ángulo en el que elijas verla. Luego están las luces. También puede usar una o varias luces, y las luces ayudan a iluminar la escena y el objeto y le permiten crear diferentes aspectos de la iluminación.

El diseño de ondas de luz nos proporciona una serie de aspectos diferentes en los que podemos mirar la escena. La mayor cantidad de aspectos que podemos analizar son cuatro perspectivas diferentes. Ahora, esta es la mejor manera de mirar tantos ángulos diferentes de su objeto dentro de la escena antes de la salida final.

En el diseño de ondas de luz, hay tres ejes de rotación diferentes. La primera es la coordenada X, que es el tono. En segundo lugar, la coordenada Y, que es el rumbo, y en tercer lugar, la coordenada Zed, que es el banco.

Estas tres coordenadas diferentes pertenecen al movimiento en el que podemos manipular no solo el objeto, sino también las cámaras y las luces dentro de nuestra escena. Primero seleccionamos un lagarto Jackie similar tanto a la masa como a la longitud de nuestro modelo taxidérmico. A partir de aquí, adquirimos la textura del objeto fotografiando la textura y los patrones de este dragón Jackie vivo.

A continuación, se fotografió a este lagarto desde varios ángulos, como frontal y ortogonal, desde varias posiciones como frontal, ortogonal, ventral y dorsal, y de las distintas partes del cuerpo, como el animal entero, la cabeza, el cuerpo, la cola y las extremidades sobre una hoja de papel blanco. A continuación, equilibramos esto para los valores de RBG de color blanco puro Para adquirir la textura adecuada, tomamos un lagarto vivo y lo fotografiamos desde varios ángulos diferentes. Fue tomada desde tres ángulos y también desde tres posiciones diferentes.

Los tres ángulos eran ortogonal, dorsal y ventral, y las tres posiciones eran anterior, central y posterior. Habíamos utilizado una cámara digital Canon ES para fotografiar a estos lagartos. Luego, las fotografías se importaron a Adobe Photoshop, donde las piezas más grandes se separaron del fondo real.

Luego, estas piezas se combinaron con valores RGB y luego también se equilibraron en blanco para que no hubiera diferencia de color. Creamos un mapa UV del Atlas para superponer la textura al objeto. Este mapa Atlas UV fue creado en el modelador de ondas de luz.

Un mapa UV de Atlas separa el objeto en fragmentos compuestos por polígonos conectados. Dado que el objeto no tenía una forma simple, como un cubo o un cilindro, el mapa UV del Atlas divide el objeto en varias superficies más simples sin ángulos de 90 grados. Sin embargo, un mapa UV del Atlas divide el objeto en varios segmentos discontinuos de polígonos conectados.

Por lo tanto, el mapa UV del Atlas se capturó utilizando un programa llamado Grab para crear una imagen JPEG separada. Y luego incrustamos esta imagen de BA como una capa de fondo en los elementos de Adobe Photoshop. Al capturar un jpeg sin cambiar el tamaño de la imagen, mantuvimos las mismas proporciones que se pueden usar para mapear áreas en el Jackie Dragon con el objeto.

Las diversas fotografías de los Jackie Dragons se fusionaron en elementos de Adobe Photoshop para crear Jackie Dragons completos en varias posiciones, como polígonos frontales, ortogonales, ventrales y dorsales que luego se combinaron con el área local del Jackie Dragon. Y ahora en el modelador de ondas de luz. Una vez más, destacamos estos polígonos en el mapa UV del Atlas, lo que nos permitió identificar el área específica del dragón Jackie.

Luego, esta área se recortó y se superpuso en el mapa UV del Atlas, áreas específicas en jpeg del fondo en el Jackie Dragon con las que se fotografió, luego se recortó y se superpuso en estos polígonos específicos. Cuando todos los fragmentos fotográficos se superpusieron en el mapa UV jpeg del Atlas, se eliminó el fondo y se creó un único archivo TIF. A continuación, el archivo TIF se importó de nuevo al modelador de ondas de luz y se asignó a las coordenadas UV.

El mapeo UV es donde tomamos segmentos que alguna vez fueron fotografiados del lagarto vivo y realmente los segmentamos y los colocamos en nuestro lagarto animado. Y esto se hace en el programa Light Wave Modeler. Usando el programa modelador de ondas de luz, usamos la herramienta de mapa UV Atlas, que nos permite dividir el objeto en varios segmentos diferentes.

Al dividirlo en varios segmentos diferentes, podemos usar la textura que adquirimos de las fotografías y colocarlas encima de estas piezas en particular. A diferencia de un objeto que puede ser liso o cilíndrico, los objetos que no tienen ángulos de 90 grados, se dividen en varios segmentos diferentes. Aquí hay un primer plano de algunos pequeños segmentos de polígonos en nuestro mapa de atlas UV.

Podemos resaltar estos segmentos en particular para ver qué polígonos en particular corresponden a qué cuerpo en particular. Partes del objeto A continuación, se particionaron segmentos de las fotografías tomadas en un lagarto de luz y luego se colocaron encima de nuestras piezas separadas. Usando el mapa del atlas UV, estos segmentos se emparejaron y, por lo tanto, se superpusieron a la textura sobre nuestro objeto.

El skegan y los huesos están incrustados en el objeto, lo que permite el movimiento general y la manipulación del objeto. Primero. En el modelador de ondas de luz, los skegan se incrustaron en el objeto y los skegan actúan como marcadores de posición para los huesos virtuales que se crearán en el diseño de ondas de luz. En nuestro objeto en particular, se crearon 61 huesos en total.

Primero, se abrió una capa en el modelador de ondas de luz y el objeto se puede ver como un marco de alambre. Dentro de este programa, el modelador nos permite ver múltiples capas de marcos de alambre, lo que nos evita resaltar o mover accidentalmente ciertos polígonos mientras creamos el skegan. En nuestro modelo, creamos una columna vertebral artificial que se creó para actuar como vértebras cervicales desde el cuello hasta las vértebras sacras de la punta de la cola.

Skegan aquí recreó el esqueleto del verdadero Jackie Dragon. Sin embargo, solo usamos una pistola esqueleto grande para la cabeza. Luego creamos cuatro extremidades, que consistían en cuatro skegan cada una, y luego el skegan se fusionó como vértebras torácicas, y luego, finalmente, las extremidades traseras también se fusionaron con la cintura pélvica.

A continuación, los skegan se fusionaron para crear un sistema jerárquico en el que la columna vertebral actuaba como base central para todos los movimientos de las extremidades. Después de todo, se crearon los skegan, luego se sincronizó el objeto con el diseño de onda de luz y los skegan se convirtieron en huesos. Cada hueso, al igual que el propio objeto en el modo de diseño, también tiene tres planos de rotación.

Skegan que son nuestros predecesores de los huesos. Los Skegan se crean inicialmente utilizando el modelador ligero. Es aquí donde instalamos estos cañones ske para luego convertirlos en huesos utilizando el diseño de ondas de luz.

Las pistolas Ske son el proceso inicial en el que nos da la flexibilidad y manipulación en la que podemos cambiar el objeto en diferentes formas y posiciones. En primer lugar, en Light wave modeler, podemos añadir pistolas ske, que ayudan a manipular nuestro objeto. Ahora estos skegan se colocan en el objeto como marcadores de lugar para ser convertidos en huesos.

En el diseño de ondas de luz, convertimos estos skegan en huesos. Aquí, en este diagrama, también hay una malla poligonal, que nos muestra exactamente las dimensiones y el número de polígonos dentro de nuestro objeto particular dentro del diseño de ondas de luz. En la siguiente escena, verás cómo estos huesos operan juntos para ayudar a manipular el objeto. El golpe de peso proporciona a los objetos un movimiento flexible y restringido.

Los mapas de peso tienen un valor general que oscila entre menos 100% y positivo 100% en la distribución del movimiento. Así, por ejemplo, los mapas de peso independientes designados a áreas específicas del objeto deben actuar de forma antagónica para permitir un movimiento suave y realista del objeto. El valor del peso sugiere que una mayor desviación del 0%, que no es ningún efecto, producirá un mayor efecto en el movimiento del cuerpo en particular.

El sombreado del peso de un área en particular también afecta el movimiento de los huesos. Sin embargo, si no se pesa correctamente, se puede producir un retraso en el movimiento del objeto en relación con el movimiento de los huesos, por ejemplo, los huesos pueden sobresalir del objeto cuando el movimiento del objeto es en la misma dirección general, o puede producir un hipermovimiento, por ejemplo, el movimiento del objeto puede reemplazar la posición de los huesos en la dirección general. Aquí en LightWave Modeler, dividimos nuestra perspectiva en una perspectiva cuádruple.

Esto nos permite ver pares antagónicos de sombreado de peso. Para mostrarte un ejemplo de cerca de cómo se produce el sombreado de peso aquí, lo que hemos hecho es primero poner un sombreado de peso en la cola. Al agregar sombras de peso a una parte particular del objeto, necesitaríamos agregar una sombra de contrapeso para equilibrar el movimiento del objeto.

Aquí hemos añadido un tono de contrapeso en la cabeza para equilibrar los movimientos exagerados que podría producir la cola. Para comenzar a rotoscopia, primero necesitamos recolectar secuencias en las que podamos modelar nuestros patrones motores. Primero simulamos las interacciones de machos machos a partir de individuos cautivos.

Los machos fueron colocados en terrarios de vidrio y luego fueron filmados de forma independiente para exhibiciones sociales. Estas secuencias se archivaron para otros experimentos y para ser utilizadas en la rotoscopia. Seleccionamos secuencias de patrones motores, como un movimiento de cola, flexiones, balanceo corporal y movimiento lento del brazo de las secuencias de video digital capturadas y exportamos estos segmentos a secuencias de imágenes, que es una serie de archivos jpeg consecutivos a Apple QuickTime.

Inicialmente habíamos filmado interacciones con animales vivos, que son necesarias y se guardan como material de archivo para hacer la captura de estímulos. Habíamos mostrado estas imágenes de archivo de un lagarto real a un lagarto vivo en un recinto. Las respuestas de esta lista en vivo se grabaron con una videocámara digital, y esto esencialmente se convirtió en nuestras secuencias que usamos para la rotoscopia.

La rotoscopia es una técnica en la que el modelo se superpone a una imagen de fondo o a una serie de imágenes en las que se pretende que el objeto imite en una secuencia fotograma a fotograma. El programa de diseño de ondas de luz es el medio donde se crea la escena para la secuencia de animación. En el diseño, podemos controlar el entorno en el que representar nuestra animación estableciendo parámetros para las características de la luz, la cámara, el objeto y el fondo.

En el diseño. El estímulo también se utiliza en la escena final que solo se capturará cuando el material esté dentro de la vista final de la cámara. En primer lugar, se importa la primera imagen jpeg al fondo de la vista de la cámara.

A continuación, el objeto se manipularía utilizando los parámetros de movimiento de los huesos que también se superponen delante de la imagen de fondo. A continuación, el fotograma se convierte en fotograma clave, lo que guarda la posición del objeto y todos los huesos de ese fotograma en particular. A continuación, la imagen de fondo se elimina y se sustituye por una imagen siguiente y siguiente consecutiva.

En la secuencia de imágenes, el objeto se manipula una vez más en la posición y postura de la imagen de fondo y después de la finalización de cada manipulación de fotogramas. A continuación, cada fotograma se encuadra y, cuando se completa la escena, la secuencia puede exportarse a una secuencia de imágenes o alquilarse en una secuencia completa. Con el fin de demostrar la rotoscopia, que es la recreación de un movimiento realista basado en secuencias grabadas en video, vamos a comenzar mostrándote lo que normalmente usamos como fondo original.

Así que aquí, en esta primera secuencia, verás el persa vacío, en el que normalmente se posa el lagarto. En segundo lugar, te mostraré la secuencia de lagartos vivos que usaremos con el rotoscopio. Y en tercer lugar, verás la secuencia animada del lagarto que se coloca encima del lagarto vivo.

Aquí te muestro dónde se importa el objeto en el diseño de onda de luz. Como puede ver, puede separar el diseño en algunas pantallas diferentes, y esto le brinda una mejor vista en la que manipular el objeto. La vista más importante, sin embargo, es la de arriba, que es la vista de la cámara, y se pueden ver las áreas seguras que están designadas por las cajas rectangulares alrededor del lagarto.

Lo que sea que se vea o se coloque dentro de esta área segura será grabado por la cámara y eventualmente se usará para renderizar. Para hacer la escena. Rotoscopia Es la manipulación fotograma a fotograma del objeto sobre las imágenes de fondo.

Así que lo que hemos hecho aquí como un proceso paso a paso es que hemos tenido que exportar la secuencia de imágenes a fotogramas individuales. A continuación, utilizamos esos fotogramas individuales y los colocamos en el fondo de nuestra secuencia animada. A continuación, tenemos que mover nuestra secuencia animada para que coincida con las posiciones que se ven en el fondo.

Por lo tanto, al combinarlo, fotograma a fotograma, podemos recrear el movimiento que realmente se realiza a partir de una secuencia de imágenes real. Como mencioné anteriormente, tendríamos que importar cada secuencia fotograma a fotograma para rotoscopiar nuestra imagen. En este fotograma, hemos importado la primera secuencia al fondo, lo que nos permite ver dónde se encuentra nuestro objeto frente a nuestra imagen de fondo.

También podemos proporcionar una vista de rayos X de hueso y un diseño de onda de luz, lo que nos permite ver los huesos a través de la textura del objeto aquí. Al poder ver los huesos a través de la textura del objeto, podemos manipular el objeto para que coincida con la secuencia de fondo de cada imagen en particular. A continuación, importaríamos la siguiente secuencia consecutiva en la que querríamos rotoscopiar nuestra imagen encima.

Y esto se hace de nuevo como una secuencia fotograma a fotograma a lo largo de toda la secuencia consecutiva. Secuencias pequeñas Se pueden renderizar directamente desde el diseño en diferentes formatos de imagen o directamente en secuencias de película. Todas las secuencias grandes se pueden renderizar mediante renderizado.

Comandante de la granja de Bruce Rain Render. Farm Commander o RFC permite que todos los equipos de un sistema de red de área local aumenten el tiempo de representación mediante la distribución de trabajos entre los equipos de enlace. En nuestro laboratorio, hemos utilizado cuatro procesadores Apple Mac G de cinco duales, que incluyen ocho hilos para distribuir el renderizado.

Así, por ejemplo, el procesamiento de una secuencia de 9.000 fotogramas, que equivale a seis minutos en el estándar pal DV, puede completarse en 12 horas utilizando un solo procesador G five y reducirse a cuatro horas cuando se distribuye a través de ocho hilos o procesos duales 4G five. El uso de RFC para el procesamiento por lotes es eficaz cuando no hay más de dos secuencias grandes. Sin embargo, RFC producirá cualquier número de archivos gráficos individuales.

Sin embargo, elegimos renderizar nuestras dos secuencias, que eran largas y cortas, en JPEG individuales. Así que solo para demostrar de nuevo, tenemos nuestra secuencia original aquí, y nuestra secuencia original va a tener un lazard ding, una exhibición estándar de balanceo corporal de flexiones, que se usa para la comunicación social y las interacciones agresivas. Y ahora tenemos nuestra secuencia final, nuestro lagarto animado, y este lagarto animado va a duplicar nuestro balanceo corporal de flexión que se vio en el metraje inicial del lagarto.