Videouppspelning är en allmänt använd teknik i djurens beteende. Vi skapade och utvärderade ett program som gäller regelbaserad, interaktiv uppspelning av 3-D datoranimationer som svar på realtid, automatiserad data om ämnet beteende.
Videouppspelning är en utbredd teknik för kontrollerad manipulation och presentationen av visuella signaler i djurens kommunikation. Framför allt erbjuder parameter-baserad dator animation möjlighet att självständigt manipulera valfritt antal beteendemässiga, morfologiska eller spektrala egenskaper i samband med realistiska, rörliga bilder av djur på skärmen. En allvarlig begränsning av konventionella uppspelning, dock att den visuella stimulansen saknar förmåga att interagera med levande djur. Upplåning från videospel teknik har vi skapat en automatiserad, interaktivt system för videouppspelning som kontrollerar animationer som svar på realtid signaler från en video-system för spårning. Vi visade denna metod genom att göra material val prövningar av kvinnliga svärdbärare fisk Xiphophorus birchmanni. Kvinnor fick ett samtidigt välja mellan en uppvaktning manlig conspecific och en uppvaktande hane heterospecific (X. Malinche) på motsatta sidor av ett akvarium. Den virtuella manliga stimulans var programmerad för att spåra den horisontella positionen för den kvinnliga, som uppvaktar män gör i det vilda. Mate-val prövningar av vildfångade X. birchmanni honor användes för att validera prototypen förmåga att effektivt skapa en realistisk visuell stimulans.
Tidigare metoder för interaktiv video uppspelning i djurens beteende har förlitat sig på en mänsklig operatör att ge svar på beteendemässiga signaler från patienter. Med IVP skapade vi ett program som tillämpas regelbaserade interaktivitet som svar på realtid, automatiserad data om ämnet beteende. Redogör vi kortfattat de steg som ingår i skapandet av programmet nedan.
Det första steget var att skapa digitala manliga förebilder för X. birchmanni och X. Malinche. Vi tog en strategi liknande tidigare studier 6. Vi skapade 3D maskor som bygger på texturer baserade på fotografier av riktiga X. birchmanni och X. Malinche. För att fånga den realistiska texturer av de verkliga fisk, samma bilder som används för att modellera fisken former användes som texturer för fisken. En plan karta tillämpas på deras UV-koordinater i linje UV kartan med fotografiet konsistens. För det andra måste den digitala fiskar mesh deformeras som en riktig fisk. För att åstadkomma detta var en virtuell skelett skapas för kropp och fenor och "flås" i mesh. Den skinning-processen gör att nätet ska deformeras när lederna roteras.
För det andra har vi lagt rörelse till den digitala fisk. Sex viktiga rörelser som en manlig svärdbärare fisk gör var animerade. Tre av de rörelser används för att representera de olika hastigheter vid vilka en fisk skulle simma. De andra tre rörelserna fisken återstår fortfarande, svarvning eller uppvisar en lateral uppvaktning display. Eftersom män kan höja eller sänka deras ryggfena i enlighet med både manliga och kvinnliga mottagare finns 3, frikopplat vi rörelse av ryggfenan från den laterala uppvaktning displayen. Ryggfenan var knappat så att den kunde höjas eller sänkas när som helst under cykeln. Sammanlagt tjugofyra animation cykler användes. Varje cykel började och slutade med fisken i samma ställning så att animeringen cyklerna kan lätt blandas ihop. Alla de tjugofyra animering cykler skapades av rotoscoping 7,8 önskad rörelse från överliggande video av en levande, uppvaktade manliga X. birchmanni.
Tredje aktiverat vi interaktivitet. Vi använde Biobserve Viewer för att spåra i realtid position nosen, kroppen och svansen av de kvinnliga svärdbärare och överföra den informationen i realtid till IVP programmet. Detta gjordes separat för varje uppvaktar hanen på varje bildskärm. Hanen animation följt ämnet fiskens position. Vi modellerade efter hjälp Reynolds kom styrförmåga 9,10, vilket gjorde den manliga följa kvinnliga och bromsar när den närmar sig honan.
För att beräkna positionen för de manliga svärdbärare fisk vid varje tidssteg, var systemet som levereras med den aktuella positionen för det kvinnliga, vilket gjorde att programmet för att beräkna de krafter som driver den manliga. Först var målet offset vektor beräknas genom placering av den manliga fisk från position honan. Andra avståndet från den manliga fisk till honan bestämdes genom att omfattningen av målet-offset vektor. Tredje var önskad hastighet av den manliga fisk bestäms genom att dividera avståndet med en konstant retardation värde. Detta gjorde det möjligt hanfiskar att sakta ner då det närmade sig honan. Senast var den önskade accelerationen beräknas genom att subtrahera den manliga nuvarande hastighet från den önskade hastigheten.
Eftersom animationer återges som diskreta ramar av video med 60 Hz, har beräkningar gjorts för varje diskret tid steg i intervall på 0,016 sekunder. Högsta hastighet var satt till ett värde av 10 cm / s för dessa experiment. Om storleken på den nya hastigheten var större än den maximala hastigheten var hastigheten satt till maximalt.
För denna simulering höjde interaktiva hanfiskar dess ryggfena 50% av tiden, och endast under uppvaktningen interaktioner. Den laterala uppvaktning visa beteendet utlöstes när den manliga stimulans låg inom 0,25 chassilängder av de kvinnliga svärdbärare fisk i Z-dimensionen.
Vi blev förvånade över att interaktivitet avskaffade den kvinnliga preferens för artfränder, trots att de icke-interaktiva animationer framkallade en stark preferens och med tanke på att kvinnor tillbringat merparten av tiden samröre med den interaktiva stimuli. En möjlighet är att noga den kvinnliga kan åsidosätta visuella referenser används för att utvärdera män, såsom svärd och ryggfenan. Alternativt kan kvinnor vara mindre benägna att förlora intresset för en uppvaktar manlig, och därför mindre benägna att prova både individer (Figur 5).
Trots detta visar våra resultat att den operativa principen om videospel teknik nämligen program-drivna, kan regelbaserade agenter reagera på användarens input med framgång tillämpas på interaktiv uppspelning i studier avdjurens beteende. Denna typ av regler-baserade interaktiva uppspelningen ska vara användbar för studier av shoaling och kollektiv rörelse 11,12. I synnerhet bör möjligheten att manipulera regler som en virtuell förebild användningsområden för shoaling ger oss inblick i de processer som djur använder för att göra shoaling beslut.
The authors have nothing to disclose.
Vi står i tacksamhetsskuld till Stephan Schwartz och kristna Gutzen av Biobserve GmbH för att sponsra denna artikel och för mycket tekniskt bistånd. Vi tackar Olivia Ochoa, Christian Kaufman, och Zachary Cress för hjälp med fisk vård, vi är tacksamma mot den mexikanska federala regeringen om tillstånd att samla in fisk. Vi står i tacksamhetsskuld till Glen Vigus, Frederic Parke och visualisering Lab vid Texas A & M. Athena Mason och Ryan Easterling hjälp i utarbetandet av denna publikation. Finansieringen kom från Texas A & M University och NSF IOS-1.045.226.
Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
---|---|---|---|---|
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) |