Bodźce wygenerowane komputerowo z wykorzystaniem smoka Jacky jako modelu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Komputerowo generowane bodźce dla modeli zwierzęcych
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Komunikacja między zwierzętami jest różnorodna i złożona. Zwierzęta mogą komunikować się za pomocą sygnałów słuchowych, sejsmicznych, chemosensorycznych, elektrycznych lub wizualnych. W szczególności dużym zainteresowaniem cieszyło się zrozumienie ograniczeń w projektowaniu sygnałów wizualnych służących do komunikacji. Tradycyjne metody badania interakcji zwierząt opierały się na podstawowych technikach obserwacyjnych, aranżowanych spotkaniach lub fizycznej manipulacji morfologią. Mniej inwazyjne metody próbowały symulować obecność osobników tego samego gatunku przy użyciu prymitywnych narzędzi odtwarzania, takich jak lustra, nieruchome obrazy lub modele. Wraz z rozwojem technologii odtwarzanie wideo stało się kolejnym narzędziem służącym do badania komunikacji wizualnej (Rosenthal, 2000). Jednak aby pójść o krok dalej, zastosowanie animacji komputerowej pozwala obecnie badaczom na precyzyjne wyizolowanie krytycznych komponentów niezbędnych do wywołania reakcji społecznych u osobników tego samego gatunku oraz na manipulowanie tymi cechami w celu kontrolowania interakcji. W niniejszym materiale szczegółowo opisuję proces tworzenia animacji z wykorzystaniem jaszczurki z rodzaju Calotes (Jacky dragon) jako modelu, jednak proces ten można dostosować do innych gatunków. Podczas tworzenia animacji zdecydowałam się użyć oprogramowania Lightwave 3D do zmiany morfologii obiektów, dodawania tekstury, instalowania kości oraz zapewnienia odpowiedniego cieniowania masy, które zapobiega przesadnym ruchom. Następnie animacja jest dopasowywana do wybranych wzorców ruchowych, aby odtworzyć krytyczne cechy ruchu. Na koniec sekwencja musi zostać wyrenderowana do pojedynczego klipu w celu prezentacji. Choć istnieją inne możliwe do zastosowania techniki, ta konkretna metoda okazała się skuteczna w wywoływaniu zarówno reakcji rzucających się w oczy, jak i reakcji społecznych w aranżowanych interakcjach.
Protokół
Projekt animacji
Skanowanie obiektu
Należy pozyskać preparat taksydermiczny jaszczurki. Model należy zeskanować za pomocą urządzenia Konica Minolta VI-9i, co pozwoli na uzyskanie obiektu 3D (pliki *.lwo oraz *.obj) w postaci pojedynczej siatki składającej się z 50 000 wielokątów. Oprogramowanie Lightwave® v8.3 zawiera dwa moduły wykorzystywane do animacji 3D: Modeller oraz Layout. Lightwave® Modeller służy do projektowania i manipulowania obiektem. Program Lightwave® Layout służy do tworzenia scen animacji. Lightwave® Modeller i Layout operują na trzech wymiarach pozycjonowania, orientacji i obrotu: odchyleniu w poziomie (Y), pochyleniu (X) oraz przechyle (Z).
Pozyskiwanie tekstury
Wykonaj zdjęcia żywej jaszczurki za pomocą cyfrowego aparatu Canon EOS 5D o rozdzielczości 12,8 megapiksela z dwóch kątów (frontalnego i ortogonalnego), trzech pozycji (frontalnej, ortogonalnej, brzusznej i grzbietowej) oraz trzech obszarów ciała (głowy, tułowia, ogona i kończyn) na białej kartce papieru w celu ustawienia balans białego dla standaryzacji kolorów. Połącz zdjęcia w programie Adobe® Photoshop® Elements 3.0.
Utwórz mapę UV typu Atlas w programie Lightwave® Modeller. Mapa UV rozdziela obiekt na łańcuchy połączonych wielokątów. Przechwyć obraz JPEG mapy UV Atlas za pomocą narzędzia Grab V1.2, aby utworzyć oddzielny plik obrazu JPEG. Osadź go jako warstwę tła w programie Adobe® Photoshop® Elements 3.0.
W programie Lightwave® Modeller zaznacz wielokąty na mapie UV Atlas, aby zidentyfikować konkretne obszary na jaszczurce. Wytnij wybrany obszar i nałóż go na tło w postaci pliku JPEG mapy UV Atlas. Gdy wszystkie fragmenty fotograficzne zostaną nałożone na plik JPEG mapy UV Atlas, usuń tło i utwórz pojedynczy plik TIFF. Zaimportuj plik TIFF do programu Lightwave® Modeller i przypisz współrzędne UV.
Implantacja skelegonów i kości
W programie Lightwave® Modeller zaprojektowano i osadzono skelegony. Skelegony pełniły rolę elementów zastępczych dla kości. Należy utworzyć 61 kości. Należy stworzyć skelegony naśladujące liczbę kręgów u jaszczurki z rodzaju Jacky, z jednym dużym skelegonem służącym do symulacji głowy. Następnie należy utworzyć wirtualny kręgosłup, od szyi aż do końca ogona. Kończyny przednie, z których każda składa się z czterech skelegonów, należy połączyć z kręgosłupem. Po utworzeniu wszystkich skelegonów cały obiekt należy przesłać do modułu Lightwave® Layout, gdzie skelegony zostaną przekształcone w kości.
Dodawanie cieniowania wagowego
Niezależne mapy wag mają zakres wartości od –100% do +100%, aby równomiernie rozłożyć ruch. Wyznacz kończyny, ogon i głowę za pomocą dodatnich (+) wartości mapy wag. Nadaj ciału ujemną (-) wartość mapy wag.
Przechwytywanie bodźców z archiwalnych nagrań wideo
Archiwalne nagrania jaszczurek wyświetlano za pomocą cyfrowego rejestratora wideo Sony MiniDV w systemie PAL na monitorze Sony Trinitron jaszczurce przebywającej w terrarium (w celu uzyskania pierwotnych nagrań wideo patrz: Ord i Evans, 2002; Ord, Peters, Evans i Taylor, 2002; Van Dyk i Evans, 2007). Reakcje jaszczurek rejestrowano za pomocą cyfrowej kamery Canon (MV650i) umieszczonej w odległości około jednego metra od terrarium. Wielkość jaszczurek została dostosowana do reprezentatywnego rozmiaru grzędy na monitorze wyświetlającym. Eksport wykonano jako poszczególne sekwencyjne obrazy JPEG w programie Apple Quicktime™ v7.0.
Rotoskoping w celu replikacji bodźca
„Rotoskopiowanie” to technika, w której animacja obiektu jest nakładana klatka po klatce na pierwszy plan sekwencji tła (Gatsey, Middleton, Jenkins, & Shubin, 1999). Prześlij animację do programu Lightwave® Layout, gdzie można kontrolować oświetlenie, kamerę, obiekt oraz charakterystykę tła dla danej sceny. Wybierz wzorce ruchowe z archiwalnego wideo cyfrowego i wyeksportuj je jako sekwencję obrazów (JPEG) przy użyciu programu Apple QuickTime™ Player 7.0. Obiekt musi znajdować się w polu widzenia kamery. Zaimportuj pierwszy plik JPEG z sekwencji obrazów jako tło. Manipuluj obiektem za pomocą kości i nałóż go w aktualnej pozycji, która odpowiada obrazowi tła. Każda klatka powinna zostać zapisana jako klatka kluczowa („keyframed”), aby utrwalić pozycję obiektu. Zastąp obraz tła kolejnym obrazem z sekwencji i przesuń obiekt do nowej pozycji. Powtarzaj ten proces aż do zakończenia sekwencji.
Renderowanie sekwencji w celu ukończenia
Duże fragmenty sekwencji lub przetwarzanie wsadowe są renderowane przy użyciu Render Farm Commander v2.9. Render Farm Commander (RFC) łączy komputery w celu utworzenia serii procesorów, co przyspiesza renderowanie. Do rozdzielenia renderowania wykorzystano cztery dwurdzeniowe procesory Apple Mac G5 (osiem wątków), co skróciło czas pracy do czterech godzin. Wszystkie sekwencje utrzymano w standardzie PAL-DV (rozdzielczość 720 ¥ 576 pikseli; kompresja 5:1; rozdzielczość pozioma 575 linii; 25 frames s-1).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Animacje generowane komputerowo stają się coraz popularniejszym narzędziem w badaniach nad komunikacją w zachowaniu zwierząt. Wykorzystując techniki animacji, badacze mogą skupić się na konkretnych aspektach projektowania sygnałów oraz manipulować cechami, których wcześniej nie można było badać ze względu na ograniczenia technologiczne. Choć konwencjonalne, aranżowane spotkania zwierząt nadal służą do demonstrowania zasad teoretycznych, techniki animacji zapewniają obecnie zaawansowane narzędzie do analizy bardziej szcze...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Finansowanie zostało zapewnione przez CISAB, stypendium dla doktorantów Wydziału Psychologii Uniwersytetu Macquarie oraz Australijską Radę Badawczą (Australian Research Council). Badania przeprowadzono zgodnie z wytycznymi etycznymi Komitetu Etyki Badań nad Zwierzętami Uniwersytetu Macquarie (2003/014) oraz Służb Parków Narodowych i Dzikiej Przyrody Nowej Południowej Walii (S11024).
Podziękowania
Chciałbym podziękować Danielowi Van Dykowi z Centre for the Integrative Study of Animal Behaviour (CISAB) za ogromną pomoc w projektowaniu modelu oraz udostępnienie archiwalnych nagrań wideo. Christopher Evans (CISAB) zapewnił wsparcie techniczne, Daniel Warner (University of Sydney) dostarczył model taksydermiczny, a Richard Peters (Australian National University) opracował wczesne elementy projektu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze | |
|---|---|---|---|---|
| Nowy przedmiot | Aparat cyfrowy | Konica Minolta Holdings, Inc. | VI-9i | Używany do pozyskania siatki 3D (wykonane przez New Dawn® - Bexley North, NSW Australia) |
| Lightwave® 3D | Program komputerowy | NewTek Inc. | v8.3 | Do tworzenia animacji |
| Canon | Aparat cyfrowy | Canon, inc. | EOS 5D | 12,8 megapiksela |
| Grab | Program komputerowy | Apple | v1.2 | Ekstrakcja tekstur z fotografii i mapowanie UV |
| Adobe® Photoshop® Elements | Program komputerowy | Adobe | v3.0 | Ekstrakcja tekstur z fotografii |
| Render Farm Commander | Program komputerowy | Bruce Rayne© | v2.9 | Masowe renderowanie w sieci lokalnej |
| Mac Pro | Komputer | Apple | Cztery procesory podwójne (osiem wątków); tworzenie i renderowanie animacji | |
| Sony MiniDV | Cyfrowy rejestrator wideo | Sony Corporation | GV-D300E | Odtwarzanie bodźców podczas pozyskiwania bodźców |
| Sony Trintron | Kolorowy wizjer | Sony Corporation | PVM-14M2A | Monitor do pozyskiwania bodźców |
| Canon | Cyfrowa kamcorder | Canon, inc. | MV650i | Rejestracja zachowania podczas pozyskiwania bodźców |
Bibliografia
- Gatesy, S. M., Middleton, K. M., Jenkins, F. A., Shubin, N. H. Three-dimensional preservation of foot movements in Triassic theropod dinosaurs. Nature. 399, 141-144 (1999).
- Newtek, Inc, Lightwave [8] Reference Manual. , Newtek, Inc. San Antonio, Texas. (2004).
- Ord, T. J., Evans, C. S. Interactive video playback and opponent assessment in lizards. Behav. Process. 59, 55-65 (2002).
- Ord, T. J., Peters, R. A., Evans, C. S., Taylor, A. J. Digital video playback and visual communication in lizards. Anim. Behav. 63, 879-890 (2002).
- Rosenthal, G. G. Design considerations and techniques for constructing video stimuli. Acta Ethol. 3, 49-54 (2000).
- Van Dyk, D. A., Evans, C. S. Familiar-unfamiliar discrimination based on visual cues in the Jacky dragon, Amphibolurus muricatus. Anim. Behav. 74, 33-44 (2007).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
