Reprodução de vídeo é uma técnica amplamente utilizada em comportamento animal. Criamos e avaliou um programa que se aplica com base em regras de reprodução, interativo 3-D de animações de computador em resposta a tempo real, dados sobre o comportamento automatizado assunto.
Reprodução de vídeo é uma técnica amplamente utilizada para a manipulação controlada e apresentação de sinais visuais na comunicação animal. Em particular, o parâmetro baseado em animação por computador oferece a oportunidade de manipular de forma independente de qualquer número de características comportamentais, morfológicas, ou espectrais no contexto dos realistas, imagens em movimento de animais na tela. Uma das principais limitações da reprodução convencional, porém, é que o estímulo visual não tem a capacidade de interagir com o animal vivo. Empréstimo de video-game tecnologia, criamos um sistema automatizado interativa para reprodução de vídeo que controla animações em resposta a sinais em tempo real a partir de um sistema de monitoramento de vídeo. Nós demonstramos este método através da realização de ensaios companheiro de escolha de peixes swordtail feminino, Xiphophorus birchmanni. Fêmeas receberam uma escolha simultânea entre um macho cortejando conspecific e um macho cortejando heterospecific (X. Malinche) em lados opostos de um aquário. O estímulo virtuais do sexo masculino foi programado para seguir a posição horizontal do sexo feminino, como os machos cortejando fazer em estado selvagem. Companheiro de escolha de ensaios sobre selvagens capturados X. birchmanni fêmeas foram utilizados para validar a capacidade do protótipo para efetivamente gerar um estímulo visual realista.
Métodos anteriores para reprodução de vídeo interativo em comportamento animal têm contado com um operador humano para dar respostas aos sinais comportamentais de indivíduos. Com IVP, criamos um programa que aplicada com base em regras em resposta a interatividade em tempo real, dados sobre o comportamento automatizado assunto. Fazemos uma breve descrição das etapas envolvidas na criação do programa abaixo.
O primeiro passo foi criar digitais exemplares machos de X. birchmanni e X. Malinche. Nós tomamos uma abordagem semelhante a estudos anteriores 6. Criamos malhas em 3D que são modelados em texturas com base em fotografias de reais X. birchmanni e X. Malinche. Para capturar as texturas realistas do peixe real, as fotografias mesma usada para modelar as formas de peixes foram usados como texturas para os peixes. Um mapa planar aplicado às suas coordenadas UV alinhados no mapa UV com a textura fotografia. Em segundo lugar, a malha de peixe digital deve deformar como um peixe real. Para conseguir isso, um esqueleto virtual foi criado para o corpo e as barbatanas e "pele" para a malha. O processo de esfola permite a malha a ser deformado quando as articulações são rodados.
Segundo, nós adicionamos o movimento para o peixe digital. Seis movimentos fundamentais que um peixe macho faz swordtail foram animadas. Três dos movimentos foram usados para representar as diferentes velocidades em que um peixe nadar. Os outros três movimentos foram os peixes restantes ainda, voltando-se, ou exibindo uma tela de namoro lateral. Uma vez que os machos podem aumentar ou diminuir a sua barbatana dorsal de acordo com receptores se macho ou fêmea estão presentes 3, dissociado do movimento da nadadeira dorsal do que da tela namoro lateral. A barbatana dorsal foi introduzido para que pudesse ser levantada ou abaixada em qualquer momento durante o ciclo. Um total de 24 ciclos de animação foram usados. Cada ciclo começou e terminou com o peixe na mesma postura, para que os ciclos de animação poderia facilmente se misturam. Todos os ciclos de 24 a animação foi criado por rotoscopia 7,8 o movimento desejado da sobrecarga de um vídeo ao vivo, cortejando machos X. birchmanni.
Em terceiro lugar, habilitado interatividade. Foi utilizado o sistema Visualizador Biobserve para acompanhar em tempo real a posição do focinho, corpo e cauda do swordtail feminino e transmitir essa informação em tempo real para o programa de IVP. Isto foi feito separadamente para cada macho cortejando em cada monitor. A animação do sexo masculino seguiu a posição do peixe sujeito. Nós modelamos a seguir usando Reynolds chegou comportamento da direcção 9,10, o que permitiu o homem a seguir a mulher e desacelerar medida que se aproxima da fêmea.
Para calcular a posição do peixe swordtail masculino em cada passo de tempo, o sistema foi fornecido com a posição atual da mulher, que permitiu que o programa para calcular as forças que impulsionam o macho. Primeiro, o vetor alvo-offset foi calculado subtraindo-se a posição dos peixes machos a partir da posição do peixe fêmea. Distância o segundo do peixe macho para os peixes fêmeas foi determinado tendo a magnitude do vetor-alvo offset. Terceiro, a velocidade desejada do peixe macho foi determinada pela divisão da distância por um valor de desaceleração constante. Isto permitiu que os peixes machos para abrandar quando se aproximava o peixe do sexo feminino. Passado, a aceleração desejada foi calculado subtraindo-se a velocidade da corrente do macho da velocidade desejada.
Desde animações são renderizadas como frames de vídeo discreta em 60 Hz, os cálculos foram feitos para cada passo de tempo discretos, em intervalos de 0,016 segundos. Máxima velocidade foi definida com um valor de 10 cm / s para estas experiências. Se a magnitude da velocidade de novo foi maior do que a velocidade máxima, a velocidade foi definido para o máximo.
Para esta simulação particular, o peixe interativo do sexo masculino aumentou a sua barbatana dorsal 50% do tempo, e apenas durante as interações namoro. O comportamento de exibição laterais namoro foi acionado sempre que o estímulo do sexo masculino foi 0,25 dentro de comprimentos corpo do peixe swordtail feminino na dimensão Z.
Ficamos surpresos que a interatividade aboliu a preferência feminina por membros da mesma espécie, apesar do fato de que as animações não-interativas provocou uma forte preferência e dado que as fêmeas passaram a maior parte do tempo associar-se com os estímulos interativos. Uma possibilidade é que a seguir atentamente a fêmea pode substituir sinais visuais usados para avaliar os homens, como a espada ea nadadeira dorsal. Alternativamente, as fêmeas podem ser menos propensos a perder o interesse em um macho cortejando e, portanto, menos propensos a amostra de indivíduos (figura 5).
No entanto, nossos resultados mostram que o princípio de funcionamento de vídeo-game ou seja, tecnologia, software-driven, baseado em regras agentes responder à entrada do usuário pode ser aplicado com sucesso a reprodução interativos em estudos decomportamento animal. Este tipo de reprodução baseado em regras interativa deve ser útil para estudos de movimento empolamento e coletiva 11,12. Em particular, a capacidade de manipular as regras que um exemplar virtual usa para empolamento deveria nos dar insights sobre os processos que os animais usam para tomar decisões empolamento.
The authors have nothing to disclose.
Somos gratos a Stephan Schwartz e Gutzen cristã de Biobserve GmbH por patrocinar este artigo e de assistência técnica muito. Agradecemos a Olivia Ochoa, Christian Kaufman, e Zachary Cress de assistência com cuidados de peixe, somos gratos ao governo federal mexicano permissão para coletar os peixes. Somos gratos a Glen Vigus, Frederic Parke, e do Laboratório de Visualização na Texas A & M. Athena Mason e Ryan Easterling assistida na elaboração desta publicação. O financiamento foi fornecido pela Texas A & M University e NSF IOS-1045226.
Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
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Maya 8.0 | ||||
C# program using Microsoft’s XNA Game Studio 2.0 | ||||
BIOBSERVE Viewer 2 | ||||
Dell 15” CRT monitor (2) | ||||
20 X 20 X 80 cm Plexiglas testing aquarium | ||||
Dell Latitude computer (animation server) |