Name: 컴퓨터가 만든 동물 모델 자극 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2007-07-29T00:00:00.000+00:00
Duration: 26 min 43 s
Description: 학습하세요 컴퓨터 애니메이션을 이용한 동물 행동 연구 방법을 Jacky 도마뱀 모델로 실습합니다. 3D 스캐닝부터 로토스코핑까지 완전한 애니메이션 제작 과정을 익히고 생물학적 운동 원리를 활용한 혁신적인 과학 실험 기법을 탐구하세요.

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전 모델 설계 및 아카이브 영상에 대한 접근에 많은 도움을 동물 행동의 통합 연구 (CISAB)의 센터에서 다니엘 반 다이크 감사하고 싶습니다. 크리스토퍼 에번스 (CISAB)는 다니엘 워너는 (시드니 대학) taxidermic 모델을 제공하는 기술 지원을 제공하고, 리처드 피터스 (호주 국립 대학교)는 초기 설계 기능을 제공했습니다.

애니메이션 디자인 객체 스캔 taxidermic의 도마뱀을 습득. 코니카 미놀타 VI - 9i와 모델을 검사합니다. 그것은 50,000 다각형의 단일 다각형 메쉬의 3D 개체 (*. lwo 및 *. OBJ 파일)을 생성합니다. 모형을 만드는 사람과 레이아웃 : Lightwave ® v8.3는 3D 애니메이션에 사용되는 두 가지 프로그램이 있습니다. Lightwave ® 모형을 만드는 사람의 설계 및이 개체를 조작합니다. Lightwave ® 레이아웃 프로그램은 애니메이션 장면을 만듭니다. Lightwave ® 모형을 만드는 사람과 레이아웃 위치, 방향 및 회전의 세 차원이 있습니다 (Y) 제목 피치 (X), 은행 (Z​​). 텍스처 취득 두가지 각도 (이마와 직교) 세 위치 (정면, 직교 복부와 지느러미), 세 신체 지역 부품 (머리, 몸, 꼬리, 그리고 팔다리)에서 12.8 메가픽셀 캐논 EOS 5D 디지털 카메라를 사용하여 라이브 도마뱀 사진 종이 흰색 시트를 통해 표준 색상 균형 흰색으로. 어도비 ® 포토샵 ® 요소 3.0 함께 사진을 융합. Lightwave ® 모형을 만드는 사람의 아틀라스 UV지도를 만듭니다. UV지도 다각형을 연결 문자열로 개체를시킵니다. 별도의 JPEG 이미지를 만들 잡아 V1.2와 아틀라스 UV지도의 JPEG 이미지를 캡처합니다. 어도비 ® 포토샵 ® 요소 3.0로 배경 레이어로 끼워 넣다. Lightwave ® 모형을 만드는 사람에서 아틀라스 UV지도에서 강조 다각형은 도마뱀의 특정 영역을 식별합니다. 자르기 영역과 배경 아틀라스 UV지도 JPEG에 비교하십시오. 모든 사진 조각은 아틀라스 UV지도 JPEG에 겹쳐있는 경우 배경을 제거하고 하나의 TIFF 파일을 만듭니다. Lightwave ® 모형을 만드는 사람으로 TIFF 파일을 가져오기 및 UV 좌표를 할당합니다. 이온 주입 Skelegons와 본즈 Lightwave ® 모형을 만드는 사람에 skelegons은 설계 박혀 있는걸되었습니다. Skelegons는 뼈에 대한 자리 표시 자로 행동. 61 뼈를 만듭니다. 머리를 시뮬레이션하는 데 사용되는 하나의 대형 skelegon와 재키 용의에서 척추의 개수를 모방하는 skelegons를 만듭니다. 아래 꼬리의 끝에 목에 가상 척추를 만듭니다. 네발로 구성 앞발을 퓨즈가 척추 칼럼을, 각각 skelegons. 모든 skelegons가 생성되면 skelegons가 뼈로 변환 예정이다 Lightwave ® 레이아웃에 전체 개체를 보냅니다. 무게 음영을 추가 독립 중량지도 골고루 운동을 배포 -100 %에서 백퍼센트하는 값을 범위가 있습니다. 팔다리, 꼬리, 그리고 긍정과 머리 (+) 무게지도 값을 지정. (-) 중량지도 값 신체에게 부정적인주세요. 보관 비디오에서 자극 캡처 오르, 피터스, 에반스, &amp; 테일러, 2002,, 아카이브 도마뱀 영상은 (초기 비디오 취득, 오르 및 에반스, 2002을 참조하십시오 자사의 인클로저에 개최되는 살아있는 도마뱀에 소니 Trinitron 모니터 소니 MiniDV 디지털 비디오 레코더 PAL 플레이어를 사용하여 표시했습니다 반 다이크와 에반스, 2007). 도마뱀의 반응은 인클로저에서 미터에 약 배치 캐논 (MV650i) 디지털 캠코더를 사용하여 기록되었다. 도마뱀 크기는 디스플레이 모니터에 펏의 대표적인 크기로 축소되었다. 애플 퀵타임 ™ v7.0에서 개별 순차 JPEG 이미지로 내보낼 수 있습니다. 자극 복제에 대한 Rotoscoping &#39;Rotoscoping&#39;는 개체 애니메이션 (Gatsey, 미들턴, 젠킨스, &amp; Shubin, 1999) 배경 시퀀스의 전경에서 프레임별로 프레임 겹쳐있는 기술입니다. 빛, 카메라, 개체 및 배경 특성이 장면에 대해 제어할 수 Lightwave ® 레이아웃에 애니메이션 보내십시오. 애플 퀵타임 플레이어 ™ 7.0을 사용하여 이미지 시퀀스 (JPEG)로 보관 디지털 비디오 및 수출에서 운동 패턴을 선택합니다. 개체 카메라보기에 있어야합니다. 배경에 이미지 시퀀스의 첫 번째 JPEG를 가져옵니다. 뼈를 사용하여 개체를 조작하고 배경 이미지를 반영하는 현재 위치에 비교하십시오. 각 프레임은 객체의 위치가 저장되는 그러한 &#39;keyframed&#39;이 될 것입니다. 다음 연속 이미지로 배경 이미지를 교체하고 새 위치로 객체를 조작. 순서가 완료될 때까지 프로세스를 반복합니다. 완성을위한 순서를 렌더링 대형 시퀀스 클립 또는 배치 처리는 렌더 팜 사령관 v2.9을 사용하여 렌더링됩니다. 렌더 팜 사령관 (RFC)은 링크까지 컴퓨터를 빠르게 렌더링에 도움이 프로세서 일련의 생산. 넷 애플 맥 G5 듀얼 프로세서 (8 스레드)가되므로 사시간하는 시간을 줄이고, 렌더링을 배포하는 데 사용되었습니다. 모든 시퀀스는 PAL - DV 표준 (; 5시 1분 압축, 수평 해상도 575 라인, 25 프레임 S - 1 720 5백76엔 픽셀 해상도)에서 유지되었다.

<ol><li>Gatesy, S. M., Middleton, K. M., Jenkins, F. A., Shubin, N. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+preservation+of+foot+movements+in+Triassic+theropod+dinosaurs%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional preservation of foot movements in Triassic theropod dinosaurs.</a> Nature. 399, 141-144 (1999).</li>
<li>Newtek, Inc, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lightwave+%5B8%5D+Reference+Manual%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Lightwave [8] Reference Manual.</a> , Newtek, Inc. San Antonio, Texas. (2004).</li>
<li>Ord, T. J., Evans, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interactive+video+playback+and+opponent+assessment+in+lizards%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Process%22%5BJournal%5D)">Interactive video playback and opponent assessment in lizards.</a> Behav. Process. 59, 55-65 (2002).</li>
<li>Ord, T. J., Peters, R. A., Evans, C. S., Taylor, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+video+playback+and+visual+communication+in+lizards%5BTitle%5D)+AND+%22Anim.+Behav%22%5BJournal%5D)">Digital video playback and visual communication in lizards.</a> Anim. Behav. 63, 879-890 (2002).</li>
<li>Rosenthal, G. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+considerations+and+techniques+for+constructing+video+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Ethol%22%5BJournal%5D)">Design considerations and techniques for constructing video stimuli.</a> Acta Ethol. 3, 49-54 (2000).</li>
<li>Van Dyk, D. A., Evans, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Familiar-unfamiliar+discrimination+based+on+visual+cues+in+the+Jacky+dragon%2C+Amphibolurus+muricatus%5BTitle%5D)+AND+%22Anim.+Behav%22%5BJournal%5D)">Familiar-unfamiliar discrimination based on visual cues in the Jacky dragon, Amphibolurus muricatus.</a> Anim. Behav. 74, 33-44 (2007).</li>
</ol>

자금은 맥쿼리 대학의 CISAB과 심리학과 대학원 수상하고, 호주 연구위원회에 의해 지원되었다. 연구는 맥쿼리 대학 동물 윤리위원회 (2003/014)와 뉴사우스 웨일즈 국립 공원 및 야생 동물 서비스 (S11024)의 윤리적 지침에 따라 실시되었다.

컴퓨터 생성 애니메이션은 점점 동물 행동의 통신에 관한 질문을 조사하는 인기있는 도구를지고 있습니다. 애니메이션 기법을 사용함으로써, 연구자들은 신호 설계의 특정 측면에 초점을, 그리고 이전에 한정된 기술에 의한 조사하지 못했습니다 기능을 조작할 수 있습니다. 종래의 무대 동물 아직도 이론적 원리를 보여주는 발생하지만, 애니메이션 기법은 이제 더 자세한 상호 작용을 조사위한 정교한 도구를 제공합니다.

<table><tbody><tr><td>New Item</td><td>디지털 카메라</td><td>Konica Minolta Holdings, Inc.</td><td>VI-9i</td><td>3D 메쉬 획득에 사용 (New Dawn&amp;#174; - Bexley North, NSW Australia에서 수행) </td></tr><tr><td>Lightwave&amp;#174; 3D</td><td>소프트웨어 프로그램</td><td>NewTek Inc.</td><td>v8.3</td><td>애니메이션 제작용</td></tr><tr><td>Canon</td><td>디지털 카메라</td><td>Canon, inc.</td><td>EOS 5D</td><td>12.8 megapixels</td></tr><tr><td>Grab</td><td>소프트웨어 프로그램</td><td>Apple</td><td>v1.2</td><td>사진에서 텍스처 추출 및 UV 맵 작성</td></tr><tr><td>Adobe&amp;#174; Photoshop&amp;#174; Elements</td><td>소프트웨어 프로그램</td><td>Adobe</td><td>v3.0</td><td>사진에서 텍스처 추출</td></tr><tr><td>Render Farm Commander</td><td>소프트웨어 프로그램</td><td>Bruce Rayne&amp;#169;</td><td>v2.9</td><td>로컬 영역 네트워크 전반의 대량 렌더링</td></tr><tr><td>Mac Pro</td><td>컴퓨터</td><td>Apple</td><td></td><td>듀얼 프로세서 4개(8개 스레드); 애니메이션 제작 및 렌더링</td></tr><tr><td>Sony MiniDV</td><td>디지털 비디오 녹화기</td><td>Sony Corporation</td><td>GV-D300E</td><td>자극 획득 중 자극 재생</td></tr><tr><td>Sony Trintron</td><td>컬러 뷰파인더</td><td>Sony Corporation</td><td>PVM-14M2A</td><td>자극 획득용 모니터 1대</td></tr><tr><td>Canon</td><td>디지털 캠코더</td><td>Canon, inc.</td><td>MV650i</td><td>자극 획득 중 행동 기록</td></tr></tbody></table>

컴퓨터가 만든 동물 모델 자극

Computer-Generated Animal Model Stimuli

동물 간의 통신은 다양하고 복잡합니다. 동물, 지진, chemosensory, 전기, 또는 시각적 신호를 청각을 사용하여 통신할 수 있습니다. 특히, 통신을위한 영상 신호 설계에 제약을 이해하는 것이 큰 관심되었습니다. 동물 상호 작용을 조사하는 전통적인 방법은 기본적인 관측 기술을 사용한, 조우가 개최하거나, 형태학의 물리적 조작. 이하 관입 방법은 거울, 스틸 이미지, 또는 모델로 원유 재생 도구를 사용 conspecifics을 시뮬레이션하기 위해 노력했다. 기술이 고급되었다로서, 비디오 재생 영상을 검토하기 위해 다른 도구 (로젠탈, 2000)로 떠오르고있다. 그러나, 한 걸음 더 나아가 이동, 지금은 컴퓨터 애니메이션의 응용 프로그램은 연구자가 특별히 conspecifics에서 사회적 반응을 이끌어내는 데 필요한 핵심 구성 요소를 격리 수 있도록하고, 상호 작용을 제어하는​​ 이러한 기능을 조작. 자, 내가 모델로 재키 용이를 사용하여 애니메이션을 만드는 방법에 대한 세부 사항을 제공하지만,이 과정은 다른 종족에 대한 적응력이있을 수 있습니다. 애니메이션 건물, 내가 객체 형태를 변경 텍스처를 추가, 뼈를 설치하고, 과장된 움직임을 방지 비교할 체중 쉐이딩을 제공하기 위해 Lightwave 3D를 사용하여 선출. 애니메이션은 다음 중요한 운동 기능을 복제하는 모터 패턴을 선택할 수와 일치합니다. 마지막 순서는 프레 젠 테이션에 대한 개별적인 클립에 렌더링합니다. 다른 적응 기술이 있지만,이 특정 메서드에 눈에과 사회 모두에 응답을 도출에 효과 입증했다하면 상호 작용을 개최.

컴퓨터에서 생성된 모델로 재키 용이를 사용하여 자극합니다.

동물 간의 의사소통은 다양하고 복잡합니다. 동물은 청각, 지진파, 화학 감각, 전기 또는 시각 신호를 사용하여 의사소통할 수 있습니다. ...

안녕하세요, 저는 호주 시드니에 위치한 맥쿼리 대학교의 동물 행동 통합 연구 센터의 Kevin w입니다. 이번 비디오 기반 논문에서는 동물 행동 실험에서 컴퓨터 애니메이션의 활용에 대해 말씀드리겠습니다. 특히, 이러한 모델 중 하나를 실제로 어떻게 제작하는지에 대해 자세히 설명하겠습니다.오늘날 현대 문화에서 애니메이션은 매우 널리 보급되어 있지만, 과학 분야나 과학 관련 연구에서는 이를 많이 접하기 어렵습니다. 하지만 과학을 위한 애니메이션 제작의 초기 시도는 매우 기본적인 과정에서 시작되었으며, 이러한 과정에는 주로 객체나 특정 표본의 특정 부분을 슬라이싱하고 스캔하는 작업이 포함되었습니다. 또한, 신체의 특정 부위를 매칭하여 애니메이션으로 구현하기 위해 포인트 라이트 디스플레이와 같은 생체 운동(biological motion)과 유사한 기술이 사용되기도 했습니다. 더욱이, 애니메이션을 제작하려 한다면 누군가가 처음부터 모든 작업을 직접 수행해야만 했습니다.이제 애니메이션을 활용하여 짝짓기, 구애 행동 등 동물 행동의 많은 측면을 연구할 수 있게 되었으며, 여기서는 특히 의사소통 또는 시각적 의사소통을 살펴보고자 합니다. 애니메이션을 사용하는 방식은 실시간 상호작용이나 수술과 같은 침습적 방법과 같은 전통적인 수단보다 훨씬 더 정교합니다. 따라서 본 논문에서는 이 특정 모델을 제작하는 과정에 대한 개요를 제공하고, 이 모델이 어떻게 스캔되는지 살펴보겠습니다.텍스처 추가 방법, UV 매핑 본(bone), 웨이트 셰이딩, 로토스코핑을 위한 자극 캡처 방법, 그리고 마지막으로 전체 시퀀스가 완성될 때까지의 렌더링 과정을 살펴보겠습니다. 전체 애니메이션을 제작하는 데는 여덟 가지 주요 단계가 있습니다. 첫 번째 단계는 객체 전체의 3D 스캔 데이터를 제공하는 것입니다.이를 통해 객체의 기본 형태가 생성됩니다. 그다음으로 더욱 사실적인 느낌을 주기 위해 텍스처를 추가해야 하며, 이 텍스처는 UV 맵으로 분해되어 텍스처의 특정 지점들이 객체 위에 정확하게 배치될 수 있도록 합니다. 이후 객체를 조작한 뒤 스킨닝(skinning) 작업을 수행하며, 이는 최종적으로 본(bone)으로 생성됩니다.그다음, 움직임 속에서 객체에 전반적인 균형감이 느껴지도록 웨이트 셰이딩(weight shading)을 추가합니다. 이어서 객체의 움직임을 모델링할 수 있는 특정 자극물들을 캡처해야 합니다. 캡처한 이미지 위에 이러한 움직임을 로토

Research

연구

JoVE Journal

Biology

생물학

이 보고서에서는 동시에 다중인지 동작을 테스트하고 설치류를 위해의 연결 활동을 기록 가능한 완전 자동화된 고도 다양한 시스템을 소개합니다.

여러인지 기능을 테스트 및 설치류에의 연결 활동을 녹음하기위한 완전 자동화된 고도 다목적 시스템

절차는 뇌파, electromyogram, 그리고 뇌성 젖산 농도를 모니터링하는 동안 optogenetically 뇌성 대뇌 피질의 피라미드 뉴런의 활동을 조작하기위한 설명되어 있습니다. 사람들이 자연 수면 / 웨이크주기를 받아야 동안 실험 녹음 케이블 테 더링 마우스에 수행됩니다. Optogenetic 장비는 우리의 실험실에서 조립, 녹화 장비는 상업적으로 사용할 수 있습니다.

동시 Electroencephalography, 설치류 대뇌 피질의 젖산 농도와 Neuronal 활동 Optogenetic 조작의 실시간 측정

출처: Zhao, Z. et al. 고주파 자극에 의한 마우스 치상 회류의 활성화를 위한 침습적 방법. J. Vis. 경험. (2018년)이 비디오는 마우스 해마 치상회에 고주파 심부 뇌 자극을 전달하는 프로토콜을 보여주며 신경 활성화, 시냅스 가소성 및 신경 발생에 미치는 영향을 자세히 설명합니다.

마우스 치상 회랑의 신경 활성화 및 신경 발생을 강화하기 위한 고주파 자극

이 비디오는 GABAergic 내측 중격 뉴런에 빛에 민감한 이온 채널이 있는 유전자 조작 마우스 모델에서 세타 진동을 조절하는 프로토콜을 보여줍니다. 이 프로토콜은 광 펄스를 해마에 전달함으로써 뉴런 활동을 동기화하고 국소 자기장 전위로 기록되는 세타 진동을 생성하는 것을 목표로 합니다.

마우스 모델에서 Theta Oscillations의 선택적 조작

이 비디오는 신경 활동을 기록하기 위해 외과적으로 이식된 장치를 가진 쥐의 폐쇄 루프 자극 작동을 보여줍니다. 먼저 뉴런 신호를 기록하고 분석합니다. 그런 다음 템플릿 파형이 업로드되고 매개변수가 정의되어 폐쇄 루프 자극을 트리거합니다.

Neuron Spiking Activity에 의한 폐쇄 루프 자극 유발

우리는 바닥 투사 미로에 완전히 자동화 된인지 적 작업에 만성 전기 생리학 레코딩을위한 쥐를 훈련을 위해 프로토콜을 설명합니다.

바닥 투사 미로를 사용하여 녹음 신경 활동에 대한 자동화 된 시각인지 작업

이 프로토콜에는 특정 그래프 및 비 그래프 속성 (기능)은 인물 인식에 관련 된 여부를 검사 하 여 실험 하는 방법을 설명 합니다. 메서드를 사용 하 여 각각 인물 이라고 (6 포인트, n 선)의 다양 한 기능 값을 저장 하는 데이터베이스 인물.

그림 인식 실험에 대 한 자극을 제어 엄격 하 게 생성

이 프로토콜은 신경 활동 패턴에 의해 트리거된 폐쇄 루프 자극을 위한 전기 생리학 시스템을 사용하는 방법을 보여줍니다. 상이한 자극 장치에 대해 용이하게 수정할 수 있는 샘플 Matlab 코드도 제공된다.

신경 생리학적 실험에서 신경 스파이크 활동을 사용하여 폐쇄 루프 자극을 트리거합니다.

특정 신경 인구 또는 뇌 영역의 광유전학 적 조작으로, 행동은 자유롭게 움직이는 동물에 있는 높은 시간 및 공간 해상도로 수정될 수 있습니다. 만성 이식 된 광섬유와 함께 다른 광유전학 도구를 사용하여 다양한 신경 변조 및 행동 테스트를 수행 할 수 있습니다.

자유롭게 움직이는 마우스에 있는 행동을 조절하기 위하여 신경 활동의 광유전학 조작

우리는 많은 Caenorhabditis elegans 벌레의 유연한 화학적 및 다중 모드 자극과 동시 신경 활동의 기록 방법을 제시합니다. 이 방법은 미세 유체 공학, 오픈 소스 하드웨어 및 소프트웨어, 감독 자동화 데이터 분석을 사용하여 적응, 시간적 억제 및 자극 누화와 같은 신경 현상을 측정할 수 있습니다.

여러 개의 작은 유기체에서 자동화된 다중 모드 자극 및 동시 신경 기록

이 프로토콜은 박스 아래의 센서에서 가속 데이터를 수집하여 PPI(Prepulse Inhibition)를 평가하는 마이크로 컨트롤러 기반 동작 박스를 제공합니다. 이 데이터는 사회적으로 고립된 쥐의 감각 게이팅 결핍을 평가하며, 행동 장애에 대한 신경 생리학 연구를 발전시키기 위해 데이터를 신경 활동과 동기화하는 추가 방법을 사용합니다.

정신과 동물 모델에서 프리펄스 억제 및 신경 활동을 평가하기 위한 행동 상자 개발

학습하세요 컴퓨터 애니메이션을 이용한 동물 행동 연구 방법을 Jacky 도마뱀 모델로 실습합니다. 3D 스캐닝부터 로토스코핑까지 완전한 애니메이션 제작 과정을 익히고 생물학적 운동 원리를 활용한 혁신적인 과학 실험 기법을 탐구하세요.

컴퓨터가 만든 동물 모델 자극

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