Computer-Generated Stimuli modèle animal

Bonjour, je m’appelle Kevin w du Centre d’étude intégrative du comportement animal ici à l’Université Macquarie à Sydney, en Australie. Dans cet article basé sur des vidéos, je vais parler de l’utilisation d’animations par ordinateur dans les expériences sur le comportement animal. En particulier, je vais parler de la façon dont nous fabriquons l’un de ces modèles.

Aujourd’hui, les animations deviennent très populaires dans notre culture contemporaine, mais nous n’en voyons pas vraiment beaucoup en termes de science ou de recherche scientifique. Cependant, les premières tentatives de création d’animations pour la science commencent vraiment par des processus très basiques, et ces processus impliquent souvent de découper et de scanner des parties particulières d’un objet ou d’un spécimen particulier, ou ils ont également utilisé des techniques similaires au mouvement biologique, telles que des luminaires ponctuels afin de faire correspondre certaines parties particulières d’un corps et de les faire correspondre à une animation. De plus, si nous voulions faire une animation, il fallait que quelqu’un le fasse à partir de zéro.

Maintenant, l’utilisation de l’animation nous a permis d’étudier beaucoup de choses dans le comportement animal comme l’accouplement, la parade nuptiale, et ce que je vais regarder en particulier ici est la communication ou la communication visuelle. Aujourd’hui, l’utilisation de l’animation est beaucoup plus sophistiquée que les moyens traditionnels, tels que les interactions en direct ou les méthodes invasives telles que la chirurgie. Donc, dans cet article d’art particulier, je vais vraiment donner un aperçu de la façon dont nous produisons ce modèle particulier, et nous allons examiner comment ce modèle est scanné.

Nous allons voir comment ajouter de la texture, les os de cartographie UV, l’ombrage du poids, comment nous capturons réellement le stimulus pour la rotoscopie, puis enfin, comment le processus est complètement rendu jusqu’à ce que nous obtenions une séquence complète. Il y a huit étapes principales au cours desquelles nous pouvons créer l’animation entière. La première étape consiste à fournir un scan 3D de l’objet entier.

Cela fournit la forme de base de l’objet. Ensuite, nous devons ajouter la texture, ce qui lui donne évidemment une sensation plus réaliste, et cette texture est ensuite décomposée en une carte UV, ce qui permet de placer certains points de la texture exactement sur l’objet. Ensuite, nous devrons manipuler l’objet, puis nous ajouterons des skegan, qui sont ensuite créés en os.

L’ombrage du poids est ensuite inclus pour donner également à l’objet une perspective d’équilibre global dans le mouvement. Nous devons ensuite capturer des stimuli particuliers sur lesquels nous pouvons modéliser le mouvement de l’objet. Nous effectuons ensuite le rotoscope de ces mouvements sur les images que nous avons capturées, puis enfin, nous devons rendre les séquences dans un format lisible à utiliser pour la lecture vidéo, nous avons acquis un spécimen taxidermique à utiliser comme modèle.

Ici, nous utilisons le Konica Minolta vi dash nine I pour reproduire un objet 3D. Le Konica Minolta utilise la photographie numérique et fournit une mesure de haute précision en utilisant un algorithme 3D pour relier les segments photographiques entre eux. Il produit la forme et les dimensions du modèle et convertit les images en données numériques 3D.

La numérisation 3D prend des segments particuliers d’un objet réel et les place dans un objet simulé pour l’animation par ordinateur. Maintenant, cet objet est ensuite construit en prenant ces segments et en les plaçant aux bonnes positions. Cela crée alors un objet que nous pouvons manipuler dans un logiciel d’animation.

Ici, nous avons fourni une configuration fictive de la façon dont nous photographions notre objet, puis comment nous convertissons notre objet en un modèle animé en 3D. L’objet est d’abord photographié sous différents angles, et ces images photographiées sont placées dans la bonne orientation, ce qui permet de lisser les contours de connexion. Cette technique intègre l’utilisation de systèmes photogrammétriques, qui sont utilisés pour obtenir des détails élevés et une grande précision de l’objet.

Ce système utilise à la fois des marqueurs revêtus et des barres d’échelle contrôlées pour cartographier les coordonnées des marqueurs de référence. Ces coordonnées constituent une constellation 3D qui permet d’évaluer avec précision les contours et les distances entre chaque section de la photographie. Les données ont été collectées à l’aide de la géomagie des gouttes de pluie, qui a été utilisée pour acquérir un seul maillage polygonal de la forme morphologique des données.

Afin de créer notre animation, nous avons choisi d’utiliser un programme appelé Light Wave 3D. Bien qu’il existe d’autres programmes d’animation 3D disponibles, nous avons choisi d’utiliser LightWave en raison de son interface conviviale et de sa capacité à lire des fichiers de sortie compatibles. En outre, LightWave comprend également deux programmes distincts, le modéliste et la mise en page.

Le programme de modélisation LightWave permet de manipuler l’objet en mettant en évidence des polygones spécifiques pour les modifications, en créant des couches à l’objet, en ajoutant de la couleur et de la texture et en créant des skegan. La mise en page LightWave crée des scènes utilisées pour terminer la séquence d’animation. Modler est l’endroit où les caractéristiques de l’objet sont construites.

C’est ici que nous pouvons ajouter de la texture, du mappage UV, du skegan initial, qui se transformera en os et prendra également en charge le poids. Shading modeler est un prédécesseur de l’utilisation de l’onde lumineuse où les scènes sont réellement construites, c’est donc ici que toutes les caractéristiques de l’objet sont initialement installées dans l’objet. Light Wave Layout est un programme dans lequel vous créez la scène réelle à l’exception de la grille où l’objet sera placé À l’intérieur de ce plan X, Y et Z, vous avez deux autres caractéristiques particulières.

Vous avez la caméra, qui filme réellement la scène, et la caméra elle-même peut être placée sous n’importe quel angle dans lequel vous choisissez de la regarder. Ensuite, il y a les lumières. Vous pouvez également utiliser une ou plusieurs lumières, et les lumières aident à éclairer la scène ainsi que l’objet et vous permettent de créer différents aspects de l’éclairage.

La disposition des ondes lumineuses nous fournit un certain nombre d’aspects différents dans lesquels nous pouvons regarder la scène. La plupart des aspects que nous pouvons examiner sont quatre perspectives différentes. Maintenant, c’est la meilleure façon de regarder autant d’angles différents de votre objet dans la scène avant la sortie finale.

Dans Light wave Layout, il y a trois axes de rotation différents. La première est la coordonnée X, qui est la hauteur. Deuxièmement, la coordonnée Y, qui est l’en-tête, et troisièmement, la coordonnée Zed, qui est la banque.

Ces trois coordonnées différentes se rapportent au mouvement dans lequel nous pouvons manipuler non seulement l’objet, mais aussi les caméras et les lumières à l’intérieur de notre scène. Nous avons d’abord sélectionné un lézard Jackie similaire à la masse et à la longueur de notre modèle taxidermique. À partir de là, nous avons acquis la texture de l’objet en photographiant la texture et les motifs de ce dragon Jackie vivant.

Ce lézard a ensuite été photographié sous différents angles, tels que frontal et orthogonal à partir de diverses positions telles que frontale, orthogonale, ventrale et dorsale, et des différentes parties du corps telles que l’animal entier, la tête, le corps, la queue et les membres sur une feuille de papier blanc. Nous avons ensuite équilibré cela pour les valeurs RBG d’un blanc pur Afin d’obtenir la bonne texture, nous avons pris un lézard vivant et l’avons photographié sous plusieurs angles différents. Elle a été prise sous trois angles et aussi dans trois positions différentes.

Les trois angles étaient orthogonaux, dorsaux et ventraux, et les trois positions étaient antérieures, centrales et postérieures. Nous avions utilisé un appareil photo numérique Canon ES pour photographier ces lézards. Les photographies ont ensuite été importées dans Adobe Photoshop où les plus grandes parties ont été séparées de l’arrière-plan réel.

Ces pièces ont ensuite été appariées en valeurs RVB, puis ont également été équilibrées en blanc afin qu’il n’y ait aucune différence de couleur. Nous avons créé une carte UV Atlas afin de superposer la texture à l’objet. Cette carte UV Atlas a été créée dans Light Wave Modeler.

Une carte UV Atlas sépare l’objet en fragments composés de polygones de connexion. Étant donné que l’objet n’était pas une forme simple telle qu’un cube ou un cylindre, la carte UV Atlas divise l’objet en plusieurs surfaces de rabotage plus simples sans angles de 90 degrés. Cependant, une carte UV Atlas décompose l’objet en plusieurs segments discontinus de polygones connectés.

La carte UV de l’Atlas a donc été capturée à l’aide d’un programme appelé Grab afin de créer une image JPEG distincte. Ensuite, nous avons intégré cette image BA en tant que calque d’arrière-plan dans des éléments Adobe Photoshop. En capturant un jpeg sans redimensionner l’image, nous avons conservé les mêmes proportions que celles qui peuvent être utilisées pour mapper des zones sur le Jackie Dragon à l’objet.

Les différentes photographies des Jackie Dragons ont ensuite été fusionnées dans des éléments Adobe Photoshop pour créer des Jackie Dragons entiers dans plusieurs positions telles que des polygones frontaux, orthogonaux, ventraux et dorsaux qui ont ensuite été adaptés à la zone locale sur le Jackie Dragon. Et maintenant dans modélisateur d’ondes lumineuses. Encore une fois, nous avons mis en évidence ces polygones sur la carte UV de l’Atlas, ce qui nous a permis d’identifier la zone spécifique sur le Jackie Dragon.

Cette zone a ensuite été recadrée et superposée à l’arrière-plan de la carte UV Atlas jpeg des zones spécifiques sur le Jackie Dragon qui ont été photographiées avec puis recadrées et superposées sur ces polygones spécifiques. Lorsque tous les fragments photographiques ont été superposés sur la carte UV jpeg de l’Atlas, l’arrière-plan a été supprimé et un seul fichier TIF a été créé. Le fichier TIF a ensuite été réimporté dans Light Wave Modeler et a été attribué aux coordonnées UV.

La cartographie UV consiste à prendre des segments qui ont été photographiés à partir du lézard vivant, à les segmenter et à les placer sur notre lézard animé. Et cela se fait dans le programme de modélisme d’ondes lumineuses. À l’aide du programme de modélisation d’ondes lumineuses, nous utilisons l’outil de cartographie UV Atlas, qui nous permet de décomposer l’objet en plusieurs segments différents.

En le divisant en plusieurs segments différents, nous sommes en mesure d’utiliser la texture que nous avons acquise à partir des photographies et de les placer sur ces pièces particulières. Contrairement à un objet qui peut être simple ou cylindrique, les objets qui n’ont pas d’angles de 90 degrés se brisent en plusieurs segments différents. Voici un gros plan de quelques petits segments polygonaux sur notre carte de l’atlas UV.

Nous pouvons mettre en évidence ces segments particuliers afin de voir quels polygones particuliers correspondent à quel corps particulier. Des segments des photographies prises chez un lézard léger ont ensuite été cloisonnés, puis placés sur nos morceaux séparés. À l’aide de la carte de l’atlas UV, ces segments ont ensuite été appariés et ont donc superposé la texture sur notre objet.

Skegan et les os sont intégrés dans l’objet, ce qui permet le mouvement général et la manipulation de l’objet. Premier. Dans le modélisateur d’ondes lumineuses, les skegan étaient intégrés dans l’objet et les skegan servaient d’espaces réservés pour les os virtuels à créer dans la disposition des ondes lumineuses. Dans notre objet en particulier, 61 os ont été créés en tout.

Tout d’abord, une couche a été ouverte dans Light Wave Modeler et l’objet peut être visualisé comme une trame filaire. Dans ce programme, modeler nous permet ensuite de visualiser plusieurs couches de fil de fer, ce qui nous empêche de mettre en évidence ou de déplacer accidentellement certains polygones lors de la création du skegan. Dans notre modèle, nous avons créé une colonne vertébrale artificielle qui a été créée afin d’agir comme des vertèbres cervicales du cou jusqu’aux vertèbres sacrées de la pointe de la queue.

Skegan a ici recréé le squelette du véritable Jackie Dragon. Cependant, nous n’avons utilisé qu’un seul grand pistolet squelette pour la tête. Nous avons ensuite créé quatre membres, qui se composaient de quatre skegan chacun, puis le skegan a été fusionné en vertèbres thoraciques, puis finalement les membres postérieurs ont également été fusionnés à la ceinture pelvienne.

Les skegan ont ensuite été fusionnés pour créer un système hiérarchique où la colonne vertébrale agissait comme une base centrale pour tous les mouvements des membres. Après tout, les skegan ont été créés, l’objet a ensuite été synchronisé avec la disposition des ondes lumineuses, et les skegan ont été convertis en os. Chaque os, comme l’objet lui-même en mode de disposition, possède également trois plans de rotation.

Skegan qui sont notre prédécesseur aux os. Les skegan sont initialement créés à l’aide du modélisateur léger. C’est ici que nous installons ces pistolets à eau pour être plus tard convertis en os en utilisant la disposition des ondes lumineuses.

Les pistolets Ske sont le processus initial dans lequel nous donnons la flexibilité et la manipulation dans lesquelles nous pouvons changer l’objet en différentes formes et positions. Tout d’abord, dans Light wave modeler, nous pouvons ajouter des pistolets ske, qui aident à manipuler notre objet. Maintenant, ces skegan sont placés dans l’objet comme des marqueurs de lieu à convertir en os.

Dans la mise en page des ondes lumineuses, nous convertissons ces skegan en os. Ici, dans ce diagramme, il y a aussi un maillage polygonal, qui nous montre exactement les dimensions et le nombre de polygones dans notre objet particulier dans la disposition des ondes lumineuses. Dans la scène suivante, vous verrez comment ces os fonctionnent ensemble afin d’aider à manipuler l’objet

Les cartes de poids ont une valeur générale qui va de moins 100 % à plus 100 % dans la distribution du mouvement. Ainsi, par exemple, des cartes de poids indépendantes désignées pour des zones spécifiques de l’objet doivent agir de manière antagoniste pour permettre un mouvement fluide et réaliste de l’objet. La valeur du poids suggère qu’un écart plus important par rapport à 0 %, qui n’a aucun effet, produira un effet plus important sur le mouvement sur le corps particulier.

L’ombrage du poids d’une zone particulière affecte également le mouvement des os. Cependant, le fait de ne pas peser correctement peut entraîner un mouvement retardé de l’objet par rapport au mouvement de l’os, comme les os peuvent faire saillie de l’objet lorsque le mouvement de l’objet est dans la même direction générale, ou cela peut produire un hypermouvement, comme le mouvement de l’objet peut remplacer la position des os dans la direction générale. Ici, dans LightWave Modeler, nous divisons notre perspective en une perspective quadruple.

Cela nous permet de voir des paires antagonistes d’ombrage de poids. Pour vous montrer un exemple de près de la façon dont l’ombrage de poids se produit ici, ce que nous avons fait est d’abord de mettre un ombrage de poids sur la queue. En ajoutant des nuances de poids à une partie particulière de l’objet, nous aurions besoin d’ajouter une teinte de contrepoids afin d’équilibrer le mouvement de l’objet.

Ici, nous avons ajouté une teinte de contrepoids sur la tête pour équilibrer les mouvements exagérés qui pourraient être produits par la queue. Pour commencer la rotoscopie, nous devons d’abord collecter des séquences à partir desquelles nous pouvons modéliser nos schémas moteurs. Nous avons d’abord simulé des interactions mâles avec des individus captifs.

Les mâles ont été placés dans des terrariums en verre, puis ont été filmés indépendamment pour des démonstrations sociales. Ces séquences ont ensuite été archivées pour d’autres expériences et pour être utilisées en rotoscopie. Nous avons sélectionné des séquences de motifs moteurs tels qu’un coup de queue, une pompe, un rocher corporel et un mouvement de bras lent à partir des séquences vidéo numériques capturées et avons exporté ces segments en séquences d’images, c’est-à-dire une série de fichiers jpeg consécutifs dans Apple QuickTime.

Nous avions d’abord filmé des interactions avec des animaux vivants, qui sont nécessaires et sauvegardés sous forme de séquences vidéo d’archives afin de capturer des stimuli. Nous avions montré ces images d’archives de lézards à un lézard vivant détenu dans un enclos. Les réponses de cette liste en direct ont ensuite été enregistrées à l’aide d’un caméscope numérique, et cela est essentiellement devenu nos séquences que nous utilisons pour la rotoscopie.

La rotoscopie est une technique où le modèle est superposé à une image d’arrière-plan ou à une série d’images dans lesquelles l’objet est destiné à imiter une séquence image par image. Le programme de mise en page des ondes lumineuses est le support sur lequel la scène est créée pour la séquence d’animation. Dans la mise en page, nous pouvons contrôler l’environnement dans lequel représenter notre animation en établissant des paramètres pour la lumière, la caméra, l’objet et les caractéristiques d’arrière-plan.

En layout. Le stimulus est également utilisé dans la scène finale qui ne sera capturée que lorsque le matériel se trouve dans la vue finale de la caméra. Tout d’abord, la première image jpeg est importée en arrière-plan de la vue de l’appareil photo.

L’objet serait ensuite manipulé à l’aide des paramètres de mouvement des os qui sont également superposés devant l’image d’arrière-plan. Le cadre est ensuite encadré de clés, ce qui enregistre la position de l’objet et tous les os de ce cadre particulier. L’image d’arrière-plan est ensuite supprimée et remplacée par une image consécutive suivante.

Dans la séquence d’images, l’objet est à nouveau manipulé dans la position et la posture de l’image d’arrière-plan et après la fin de chaque manipulation d’image. Chaque image est ensuite encadrée et, une fois la scène terminée, la séquence peut être exportée dans une séquence d’images ou louée dans une séquence complète. Afin de faire la démonstration de la rotoscopie, qui est la recréation de mouvements réalistes basés sur des séquences vidéo enregistrées, nous allons commencer par vous montrer ce que nous utilisons normalement comme arrière-plan d’origine.

Donc, ici, dans cette première séquence, vous verrez le persan vide, sur lequel le lézard se perche normalement. Deuxièmement, je vais vous montrer la séquence du lézard vivant où nous utiliserons le rotoscope. Et troisièmement, vous verrez la séquence animée du lézard qui est placée sur le dessus du lézard vivant.

Ici, je vous montre où l’objet est importé dans la disposition des ondes lumineuses. Comme vous pouvez le voir, vous pouvez séparer la mise en page en quelques écrans différents, ce qui vous donne une meilleure vue pour manipuler l’objet. La vue la plus importante, cependant, est celle du haut, qui est la vue de la caméra, et vous pouvez voir les zones de sécurité qui sont désignées par les boîtes rectangulaires autour du lézard.

Tout ce qui est vu ou placé dans cette zone de sécurité sera enregistré par la caméra et finalement utilisé pour le rendu. Pour faire la scène. La rotoscopie est la manipulation image par image de l’objet sur les images d’arrière-plan.

Donc, ce que nous avons fait ici en tant que processus étape par étape, c’est que nous avons dû exporter la séquence d’images dans des images individuelles. Nous utilisons ensuite ces images individuelles et nous les plaçons en arrière-plan de notre séquence animée. Nous devons ensuite déplacer notre séquence animée pour qu’elle corresponde aux positions vues en arrière-plan.

Ainsi, en l’adaptant, image par image, nous sommes en mesure de recréer le mouvement qui est réellement effectué à partir d’une séquence d’images réelle. Comme je l’ai mentionné précédemment, nous aurions besoin d’importer chaque séquence image par image afin de rotoscope notre image. Dans ce cadre, nous avons importé la première séquence en arrière-plan, ce qui nous permet de voir où se trouve notre objet devant notre image d’arrière-plan.

Nous pouvons également fournir une vue aux rayons X des os et une disposition des ondes lumineuses, ce qui nous permet de voir les os à travers la texture de l’objet ici. En étant capable de voir les os à travers la texture de l’objet, nous pouvons manipuler l’objet pour qu’il corresponde à la séquence d’arrière-plan de chaque image particulière. Nous importerions ensuite la séquence consécutive suivante dans laquelle nous voudrions rotoscope notre image par-dessus.

Et cela se fait à nouveau comme une séquence image par image à travers toute la séquence consécutive. Les petites séquences peuvent être rendues directement hors de la mise en page dans différents formats d’image ou directement dans des séquences vidéo. Toutes les grandes séquences peuvent être rendues à l’aide du rendu.

Commandant de la ferme de Bruce Rain Render. Farm Commander ou RFC permet à tous les ordinateurs d’un système de réseau local d’augmenter le temps de rendu en répartissant les tâches entre les ordinateurs de liaison. Dans notre laboratoire, nous avons utilisé quatre Apple Mac G cinq dual processors, qui comprennent huit threads pour répartir le rendu.

Ainsi, par exemple, le traitement d’une séquence de 9 000 images, ce qui équivaut à six minutes sur la norme pal DV, peut être terminé en 12 heures à l’aide d’un seul processeur G cinq et réduit à quatre heures lorsqu’il est réparti sur huit threads ou cinq processus doubles 4G. L’utilisation de RFC pour le traitement par lots est efficace lorsqu’il n’y a pas plus de deux grandes séquences. Cependant, la RFC produira n’importe quel nombre de fichiers graphiques individuels.

Cependant, nous avons choisi de rendre nos deux séquences, qui étaient longues et courtes, en JPEG individuels. Donc, juste pour démontrer à nouveau, nous avons notre séquence originale ici, et notre séquence originale va avoir un ding de lézard, un affichage standard de roche corporelle de pompe, qui est utilisé pour la communication sociale et les interactions agressives. Et maintenant, nous avons notre dernière séquence, notre lézard animé, et ce lézard animé va dupliquer notre rocher corporel de pompes qui a été vu dans les images initiales du lézard.