Gerados por computador Modelo Estímulos animal

Olá, meu nome é Kevin w, do Centro de Estudo Integrativo do Comportamento Animal aqui na Universidade Macquarie em Sydney, Austrália. Neste artigo baseado em vídeo, vou falar sobre o uso de animações por computador em experimentos de comportamento animal. Em particular, vou falar sobre como realmente fabricamos um desses modelos.

Agora, as animações estão se tornando amplamente populares hoje em nossa cultura contemporânea, mas não vemos muito disso em termos de ciência ou em pesquisas relacionadas à ciência. No entanto, as primeiras tentativas de construir animações para a ciência realmente começam em alguns processos muito básicos, e esses processos geralmente envolvem fatiar e escanear partes específicas de um objeto ou de um espécime específico, ou também usaram técnicas semelhantes ao movimento biológico, como luminárias pontuais para combinar certas partes específicas de um corpo e combiná-las com uma animação. Além disso, se quiséssemos fazer uma animação, alguém teria que fazê-lo do zero.

Agora, o uso da animação nos permitiu estudar muitas coisas no comportamento animal, como acasalamento, namoro, e o que vou ver em particular aqui é a comunicação ou comunicação visual. Agora, o uso de animação é muito mais sofisticado do que os meios tradicionais, como interações ao vivo ou métodos invasivos, como cirurgia. Então, neste artigo de arte em particular, eu realmente vou fornecer uma visão geral de como produzimos esse modelo específico e veremos como esse modelo é digitalizado.

Veremos como adicionar textura, os ossos de mapeamento UV, sombreamento de peso, como realmente capturamos o estímulo para rotoscopia e, finalmente, como o processo é completamente renderizado até obtermos uma sequência completa. Existem oito etapas principais nas quais podemos criar toda a animação. O primeiro passo é realmente fornecer uma digitalização 3D de todo o objeto.

Isso fornece a forma básica do objeto. Em seguida, precisamos adicionar a textura, o que obviamente dá uma sensação mais realista, e essa textura é então dividida em um mapa UV, que permite que certos pontos da textura sejam colocados exatamente no objeto. Em seguida, precisaremos manipular o objeto e adicionar skegan, que são criados em ossos.

O sombreamento de peso é então incluído para também dar ao objeto uma perspectiva geral de equilíbrio no movimento. Em seguida, precisamos capturar estímulos específicos nos quais podemos modelar o movimento do objeto. Em seguida, rotoscópios esses movimentos em cima das imagens que capturamos e, finalmente, devemos renderizar as sequências em um formato legível para ser usado na reprodução de vídeo, adquirimos um espécime taxidérmico para ser usado como nosso modelo.

Aqui usamos o Konica Minolta vi dash nine I para reproduzir um objeto 3D. A Konica Minolta usa fotografia digital e fornece uma medição de alta precisão usando um algoritmo 3D para vincular segmentos fotográficos. Ele produz a forma e as dimensões do modelo e converte as imagens em dados digitais 3D.

A digitalização 3D pega segmentos específicos de um objeto real e os coloca em um objeto simulado para animação por computador. Agora, esse objeto é construído pegando esses segmentos e colocando-os nas posições corretas. Isso cria um objeto que podemos manipular em software de animação.

Aqui fornecemos uma configuração simulada de como fotografamos nosso objeto e, em seguida, como convertemos nosso objeto em um modelo animado em 3D. O objeto é fotografado primeiro em uma variedade de ângulos, e essas imagens fotografadas são colocadas na orientação correta, e isso permite a suavização dos contornos de conexão. Esta técnica incorpora o uso de sistemas fotogramétricos, que são usados para obter alto detalhe e alta precisão do objeto.

Este sistema usa marcadores revestidos e barras de escala controladas por dimensão para mapear as coordenadas dos marcadores de referência. Essas coordenadas constituem uma constelação 3D que é usada para medir com precisão os contornos e distâncias entre cada seção da fotografia. Os dados foram coletados usando geomagia de gota de chuva, e isso foi usado para adquirir uma única malha poligonal da forma morfológica dos dados.

Para criar nossa animação, optamos por usar um programa chamado Light Wave 3D. Embora existam outros programas de animação 3D disponíveis, optamos por usar o LightWave por causa de sua interface amigável e capacidade de ler arquivos de saída compatíveis. Além disso, o LightWave também é composto por dois programas separados, o modelador e o layout.

O programa modelador LightWave permite a manipulação do objeto destacando polígonos específicos para alterações, criando camadas ao objeto, adicionando cor e textura e criando skegan. O layout do LightWave cria cenas usadas para concluir a sequência de animação. Modler é onde as características do objeto são construídas.

É aqui que podemos adicionar textura, mapeamento UV, skegan inicial, que se transformará em ossos e também cuidará do peso. O modelador de sombreamento é um predecessor do uso da onda de luz onde as cenas são realmente construídas, então é aqui que todas as características do objeto são inicialmente instaladas no objeto. Light Wave Layout é um programa em que você cria a cena real, com exceção da grade onde o objeto será colocado Dentro deste plano X, Y e Z, você tem dois outros recursos particulares.

Você tem a câmera, que realmente filma a cena, e a própria câmera pode ser colocada em qualquer ângulo em que você escolher visualizá-la. Depois, há luzes. Você também pode usar uma ou várias luzes, e as luzes ajudam a iluminar a cena e o objeto e permitem que você crie diferentes aspectos da iluminação.

O layout da onda de luz nos fornece vários aspectos diferentes nos quais podemos olhar para a cena. O maior número de aspectos que podemos observar são quatro perspectivas diferentes. Agora, essa é a melhor maneira de ver o máximo de ângulos diferentes do seu objeto dentro da cena antes da saída final.

No layout de onda de luz, existem três eixos rotacionais diferentes. A primeira é a coordenada X, que é a altura. Em segundo lugar, a coordenada Y, que é o título, e em terceiro lugar, a coordenada Zed, que é o banco.

Essas três coordenadas diferentes pertencem ao movimento no qual podemos manipular não apenas o objeto, mas também as câmeras e as luzes dentro de nossa cena. Primeiro selecionamos um lagarto Jackie semelhante à massa e ao comprimento do nosso modelo taxidérmico. A partir daqui, adquirimos a textura do objeto fotografando a textura e os padrões deste Jackie Dragon vivo.

Este lagarto foi então fotografado de vários ângulos, como frontal e ortogonal de várias posições, como frontal, ortogonal, ventral e dorsal, e das várias partes do corpo, como animal inteiro, cabeça, corpo, cauda e membros sobre uma folha de papel branca. Em seguida, equilibramos isso para os valores RBG brancos puros Para adquirir a textura certa, pegamos um lagarto vivo e o fotografamos de vários ângulos diferentes. Foi tirada de três ângulos e também de três posições diferentes.

Os três ângulos foram ortogonal, dorsal e ventral, e as três posições foram anterior, central e posterior. Usamos uma câmera digital Canon ES para fotografar esses lagartos. As fotografias foram então importadas para o Adobe Photoshop, onde as peças maiores foram separadas do fundo real.

Essas peças foram então combinadas em valores RGB e, em seguida, também foram balanceadas em branco para que não houvesse diferença na cor. Criamos um mapa Atlas UV para sobrepor a textura ao objeto. Este mapa Atlas UV foi criado em modelador de ondas de luz.

Um mapa Atlas UV separa o objeto em fragmentos compostos por polígonos de conexão. Como o objeto não tinha uma forma simples, como cubo ou cilindro, o mapa Atlas UV divide o objeto em várias superfícies planas mais simples, sem ângulos de 90 graus. No entanto, um mapa Atlas UV divide o objeto em vários segmentos descontínuos de polígonos conectados.

Assim, o mapa Atlas UV foi capturado usando um programa chamado Grab para criar uma imagem JPEG separada. E então incorporamos essa imagem BA como uma camada de fundo nos elementos do Adobe Photoshop. Ao capturar um jpeg sem redimensionar a imagem, mantivemos as mesmas proporções que podem ser usadas para mapear áreas no Jackie Dragon para o objeto.

As várias fotografias dos Jackie Dragons foram então fundidas em elementos do Adobe Photoshop para criar Jackie Dragons inteiros em várias posições, como polígonos frontais, ortogonais, ventrais e dorsais, foram então combinados com a área local no Jackie Dragon. E agora no modelador de ondas de luz. Mais uma vez, destacamos esses polígonos no mapa Atlas UV, o que nos permitiu identificar a área específica no Jackie Dragon.

Esta área foi então cortada e sobreposta ao fundo Atlas UV map jpeg áreas específicas no Jackie Dragon que foram fotografadas e depois cortadas e sobrepostas a esses polígonos específicos. Quando todos os fragmentos fotográficos foram colocados em camadas no jpeg do mapa UV do Atlas, o fundo foi removido e um único arquivo TIF foi criado. O arquivo TIF foi então importado de volta para o modelador de ondas de luz e foi atribuído às coordenadas UV.

O mapeamento UV é onde pegamos segmentos que já foram fotografados do lagarto vivo e realmente os segmentamos e os colocamos em nosso lagarto animado. E isso é feito no programa modelador de ondas de luz. Usando o programa modelador de ondas de luz, usamos a ferramenta de mapa UV Atlas, que nos permite dividir o objeto em vários segmentos diferentes.

Ao dividi-lo em vários segmentos diferentes, podemos usar a textura que adquirimos das fotografias e colocá-las em cima dessas peças específicas. Ao contrário de um objeto que pode ser simples ou cilíndrico, objetos que não têm ângulos de 90 graus se dividem em vários segmentos diferentes. Aqui está um close-up de alguns pequenos segmentos de polígonos em nosso mapa do atlas UV.

Podemos destacar esses segmentos específicos para ver quais polígonos específicos correspondem a qual corpo específico. Partes do objeto Segmentos das fotografias tiradas em um lagarto leve foram então particionados e colocados em cima de nossas peças divididas. Usando o mapa do atlas UV, esses segmentos foram combinados e, portanto, sobrepõem a textura no topo do nosso objeto.

Skegan e ossos são embutidos no objeto, o que permite o movimento geral e a manipulação do objeto. Primeiro. No modelador de ondas de luz, os skegan foram incorporados ao objeto e os skegan atuam como espaços reservados para ossos virtuais a serem criados no layout de ondas de luz. Em nosso objeto em particular, 61 ossos foram criados ao todo.

Primeiro, uma camada foi aberta no modelador de ondas de luz e o objeto pode ser visto como uma estrutura de arame. Dentro deste programa, o modelador nos permite visualizar várias camadas de estrutura de arame, o que nos impede de destacar ou mover acidentalmente certos polígonos ao criar o skegan. Em nosso modelo, criamos um co espinhal artificial que foi criado para atuar como vértebras cervicais do pescoço até as vértebras sacrais da ponta da cauda.

Skegan aqui recriou o esqueleto do verdadeiro Jackie Dragon. No entanto, usamos apenas uma grande arma de esqueleto para a cabeça. Em seguida, criamos quatro membros, que consistiam em quatro skegan cada, e então o skegan foi fundido como vértebras torácicas e, eventualmente, os membros posteriores também foram fundidos à cintura pélvica.

Os skegan foram então fundidos para criar um sistema hierárquico onde a coluna vertebral atuou como uma base central para todos os movimentos dos membros. Afinal, o skegan foi criado, o objeto foi sincronizado com o layout da onda de luz e o skegan foi convertido em ossos. Cada osso, como o próprio objeto no modo de layout Também tem três planos de rotação.

Skegan que são nossos predecessores dos ossos. Skegan são inicialmente criados usando o modelador leve. É aqui que instalamos essas armas ske para depois serem convertidas em ossos usando o layout de onda de luz.

As armas Ske são o processo inicial em que nos dá a flexibilidade e manipulação em que podemos mudar o objeto em diferentes formas e posições. Primeiro, no modelador de ondas de luz, podemos adicionar armas ske, que ajudam a manipular nosso objeto. Agora, esses skegan são definidos no objeto como marcadores de lugar a serem convertidos em ossos.

No layout de ondas de luz, convertemos esses skegan em ossos. Aqui neste diagrama, há também uma malha de polígonos, que nos mostra exatamente as dimensões e o número de polígonos dentro do nosso objeto específico dentro do layout da onda de luz também. Na próxima cena, você verá como esses ossos operam juntos para ajudar a manipular o objeto Bater no peso fornece aos objetos um movimento flexível e restrito.

Os mapas de peso têm um valor geral que varia de 100% negativo a 100% positivo na distribuição do movimento. Assim, por exemplo, mapas de peso independentes designados para áreas específicas do objeto precisam agir de forma antagônica para permitir um movimento suave e realista do objeto. O valor do peso sugere que um desvio maior de 0%, que não é efeito, produzirá um efeito maior no movimento do corpo em particular.

O sombreamento do peso de uma área específica também afeta o movimento dos ossos. No entanto, a falha no peso adequado pode incorrer em movimento retardado do objeto em relação ao movimento ósseo, como os ossos podem se projetar do objeto quando o movimento do objeto está na mesma direção geral, ou pode produzir hipermovimento, como o movimento do objeto pode substituir a posição dos ossos na direção geral. Aqui no LightWave Modeler, dividimos nossa perspectiva em uma perspectiva quádrupla.

Isso nos permite ver pares antagônicos de sombreamento de peso. Para mostrar de perto um exemplo de como o sombreamento de peso ocorre aqui, o que fizemos foi primeiro colocar uma sombra de peso na cauda. Ao adicionar tons de peso a uma parte específica do objeto, precisaríamos adicionar um tom de contrapeso para equilibrar o movimento do objeto.

Aqui, adicionamos um tom de contrapeso na cabeça para equilibrar os movimentos exagerados que podem ser produzidos pela cauda. Para iniciar a rotoscopia, primeiro precisamos coletar sequências nas quais podemos modelar nossos padrões motores. Primeiro, simulamos interações masculinas de indivíduos em cativeiro.

Os machos foram colocados em terrários de vidro IPO e, em seguida, foram filmados independentemente para exibições sociais. Essas sequências foram então arquivadas para outros experimentos e para serem usadas em rotoscopia. Selecionamos sequências de padrões motores, como movimento de cauda, flexão, balanço corporal e onda lenta do braço das imagens de vídeo digital capturadas e exportamos esses segmentos em sequências de imagens, que são uma série de arquivos jpeg consecutivos para o Apple QuickTime.

Inicialmente, filmamos interações com animais vivos, que são necessárias e salvas como imagens de vídeo de arquivo para fazer a captura de estímulos. Mostramos essas imagens de arquivo de lagartos para um lagarto vivo preso em um recinto. As respostas dessa lista ao vivo foram então gravadas usando uma filmadora digital, e isso essencialmente se tornou nossas sequências que usamos para rotoscopia.

A rotoscopia é uma técnica em que o modelo é sobreposto a uma imagem de fundo ou série de imagens nas quais o objeto se destina a imitar uma sequência quadro a quadro. O programa de layout de onda de luz é o meio em que a cena é criada para a sequência de animação. No layout, podemos controlar o ambiente no qual representar nossa animação, estabelecendo parâmetros para características de câmera de luz, objeto e plano de fundo.

No layout. O estímulo também é usado na cena final que só será capturada quando o material estiver dentro da visão final da câmera. Primeiro, a primeira imagem jpeg é importada para o plano de fundo da visualização da câmera.

O objeto seria então manipulado usando os parâmetros de movimento dos ossos que também são sobrepostos na frente da imagem de fundo. O quadro é então emoldurado em chave, o que salva a posição do objeto e todos os ossos desse quadro específico. A imagem de fundo é então removida e substituída por uma próxima imagem consecutiva.

Na sequência de imagens, o objeto é mais uma vez manipulado na posição e postura da imagem de fundo e após a conclusão de cada manipulação de quadro. Cada quadro é então enquadrado e, quando a cena é concluída, a sequência pode ser exportada para uma sequência de imagens ou alugada em uma sequência completa. Para demonstrar a rotoscopia, que é a recriação de movimentos realistas com base em sequências gravadas em vídeo, começaremos mostrando o que normalmente usamos como plano de fundo original.

Então, aqui nesta primeira sequência, você verá o persa vazio, no qual o lagarto normalmente pousa. Em segundo lugar, mostrarei a sequência de lagartos vivos que usaremos no rotoscópio. E em terceiro lugar, você verá a sequência animada do lagarto que é colocada em cima do lagarto vivo.

Aqui estou mostrando onde o objeto é importado para o layout de ondas de luz. Como você pode ver, você pode separar o layout em algumas telas diferentes, e isso lhe dá uma visão melhor para manipular o objeto. A visão mais importante, no entanto, é a de cima, que é a visão da câmera, e você pode ver as áreas seguras que são designadas pelas caixas retangulares ao redor do lagarto.

O que quer que seja visto ou colocado dentro desta área segura será gravado pela câmera e, eventualmente, usado para renderizar. Para fazer a cena. Rotoscopia É a manipulação quadro a quadro do objeto em cima das imagens de fundo.

Então, o que fizemos aqui como um processo passo a passo é que tivemos que exportar a sequência de imagens para quadros individuais. Em seguida, usamos esses quadros individuais e os colocamos no fundo de nossa sequência animada. Em seguida, temos que mover nossa sequência animada para corresponder às posições vistas no fundo.

Então, ao combiná-lo, quadro a quadro, podemos recriar o movimento que realmente é feito em uma sequência de imagem real. Como mencionei anteriormente, precisaríamos importar cada sequência quadro a quadro para rotoscópio de nossa imagem. Neste quadro, importamos a primeira sequência para o plano de fundo, o que nos permite ver onde nosso objeto está na frente de Nossa imagem de fundo.

Também podemos fornecer uma visão de raio-x ósseo e um layout de onda de luz, o que nos permite ver os ossos através da textura do objeto aqui. Ao ser capaz de ver os ossos através da textura do objeto, podemos manipular o objeto para corresponder à sequência de fundo de cada imagem em particular. Em seguida, importaríamos a próxima sequência consecutiva na qual gostaríamos de rotoscópio nossa imagem em cima.

E isso é feito novamente como uma sequência quadro a quadro durante toda a sequência consecutiva. Pequenas sequências podem ser renderizadas diretamente do layout em diferentes formatos de imagem ou di diretamente em sequências de filme. Todas as sequências grandes podem ser renderizadas usando render.

Comandante da fazenda de Bruce Rain Render. O Farm Commander ou RFC permite que todos os computadores em um sistema de rede local aumentem o tempo de renderização distribuindo trabalhos entre computadores de link. Em nosso laboratório, usamos quatro processadores duplos Apple Mac G cinco, que inclui oito threads para distribuir a renderização.

Assim, por exemplo, o processamento de uma sequência de 9.000 quadros, que é o equivalente a seis minutos no padrão pal DV, pode ser concluído em 12 horas usando um único processador G cinco e reduzido para quatro horas quando distribuído em oito threads ou 4G cinco processos duplos. O uso de RFC para processamento em lote é eficiente quando não há mais de duas sequências grandes. No entanto, o RFC produzirá qualquer número de arquivos gráficos individuais.

No entanto, optamos por renderizar ambas as nossas sequências, que eram longas e curtas, em JPEGs individuais. Então, só para demonstrar novamente, temos nossa sequência original aqui, e nossa sequência original terá um lagarto ding, uma exibição de rock corporal pushup padrão, que é usada para comunicação social e interações agressivas. E agora temos nossa sequência final, nosso lagarto animado, e esse lagarto animado vai duplicar nossa rocha corporal de flexão que foi vista na filmagem inicial do lagarto.