المؤتمتة عرض الفيديو التفاعلي للدراسات الاتصالات الحيوانية

Published 2/09/2011
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Neuroscience
 

Summary

تشغيل الفيديو هو التقنية المستخدمة على نطاق واسع في السلوك الحيواني. أنشأنا وتقييم البرنامج الذي يطبق القواعد القائمة على تشغيل تفاعلية من 3 - D الرسوم المتحركة الكمبيوتر في استجابة للبيانات ، في الوقت الحقيقي الآلي على سلوك هذا الموضوع.

Cite this Article

Copy Citation

Butkowski, T., Yan, W., Gray, A. M., Cui, R., Verzijden, M. N., Rosenthal, G. G. Automated Interactive Video Playback for Studies of Animal Communication. J. Vis. Exp. (48), e2374, doi:10.3791/2374 (2011).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

عرض الفيديو هو تقنية تستخدم على نطاق واسع للتلاعب رقابة وعرض الاشارات البصرية في الاتصالات الحيوانية. على وجه الخصوص ، المعلمة القائم على الرسوم المتحركة كمبيوتر يتيح الفرصة للتلاعب بشكل مستقل أي عدد من الخصائص السلوكية ، والصرفية ، أو الطيفية في سياق صور واقعية من الحيوانات تتحرك على الشاشة. وجود قيود كبيرة من التشغيل التقليدية ، ومع ذلك ، هو أن التحفيز البصري يفتقر إلى القدرة على التفاعل مع الحيوانات الحية. الاقتراض من ألعاب الفيديو والتكنولوجيا ، وقد انشأنا آلية ونظام لتشغيل الفيديو التفاعلي الذي يتحكم في الحركة في الاستجابة في الوقت الحقيقي من إشارات الفيديو نظام التعقب. أثبتنا هذا الأسلوب عن طريق إجراء محاكمات زميله في الاختيار على الأسماك swordtail الإناث ، Xiphophorus birchmanni. أعطيت الإناث خيار في وقت واحد بين الذكور ومغازلة مناوع الذكور مغازلة مغاير نوعي (عاشرا malinche) على طرفي نقيض في حوض للماء. كان مبرمجا الحافز الظاهري الذكور لتتبع الوضع الأفقي للأنثى ، كما تفعل الذكور مغازلة في البرية. زميله في المحاكمات على خيار البرية اشتعلت X. وقد استخدمت للتحقق من صحة الإناث birchmanni قدرة على توليد نموذج فعال حافزا واقعية بصرية.

Protocol

1. إعداد الأجهزة ونظام عارض.

ويتكون النظام من خزان الاختبار محاط شاشتين. كاميرا فيديو متصلة بنظام عارض BIOBSERVE سجلات الحركة من هذا الموضوع في الوقت الحقيقي. يتم تمرير بيانات الحركة إلى برنامج الفيديو التفاعلي (IVP) تشغيل على ملقم منفصل ، الذي يحدد حركة الحافز المتحركة على الشاشة.

  1. مكان شاشتين CRT على طرفي نقيض من حوض للماء 80 لتر مملوءة بالمياه النظيفة ؛ مباراة رصد الانتاج.
  2. مكان فوق الكاميرا لالتقاط مرأى ومسمع من الحوض ؛ الاتصال BIOBSERVE بطاقة الفيديو.
  3. عارض تكوين نظام لتلقي المعلومات من تتبع الكاميرا.
  4. تمكين المكونات في لعارض أن يرسل إحداثيات أنف الحيوان ، الجسم ، والذيل إلى خادم الرسوم المتحركة في الوقت الحقيقي عبر شبكة عنوان IP المحدد.
  5. بدوره على ملقم الرسوم المتحركة.

2. المعايرة.

  1. على الخادم الرسوم المتحركة ، افتح InteractiveDisplaySetup.txt. أدخل العرض والارتفاع الشاشة الشاشة بالبكسل تحت عنوان "معلومات مونيتور". تحت عنوان "ProgramType" دخول "المعايرة". حفظ التغييرات إلى الملف.
  2. IVP على رمز البرنامج انقر نقرا مزدوجا لبدء البرنامج.
  3. أدخل في نطاقات للأبعاد خزان النحو حتى في النظام عارض في الخطوة 2.3. وسوف يضمن هذا التوافق بين البيانات وعارض ناتج من IVP التفاعلية.
  4. منذ نهايات الدبابات الأسماك هي أصغر من المراقبين ، فإن البرنامج يتيح للمستخدم استخدام لوحة المفاتيح (أ و ق للعرض ، ض والعاشر بالنسبة للطول ، ومفاتيح الأسهم لموقف) لنقل منطقة المشاهدة (المعاينة) من المحفزات لتتلاءم مع نهايات الخزان الاختبار. الاطلاع على الخادم الرسوم المتحركة ، وردد في viewport الوردي على رصد اختبار واحد ومنفذ العرض الأزرق من جهة أخرى (الشكل 1).
  5. استخدام z و x على لوحة المفاتيح لتوسيع نطاق العرض من الأسماك الذكور على حد سواء viewports حتى يتطابق مع حجم الحوافز المطلوب.
  6. نقل صناديق عرض بحيث محاذاة إلى حواف الدبابة الاختبار. المستخدم يستخدم مفاتيح سؤال أو W لنقل صناديق نحو أو بعيدا عن مركز السمك.
  7. إدخال المعلومات عند المطالبة من قبل تجربة البرنامج. المستخدم لديه خيار لاختيار بين النماذج التي تم تحميلها مسبقا (في مظاهرة لدينا ، مغازلة الذكور Xiphophorus birchmanni ، X. malinche). يحدد المستخدم أيضا على سلوك كل الأسماك في كل مرحلة (غير تفاعلية أو التفاعلية) ، والجانب المرحلة التي سوف تظهر كل التحفيز ، والحجم المطلوب (طول قياسي) من كل التحفيز.
  8. السؤال التالي يسألك إذا كان المستخدم يريد حركات الأسماك لتكون معكوسة ، أي أن الحركة من النموذج على جانبي الحوض سوف يكون بالضبط نفس الشيء. ويستخدم هذا فقط عندما يتم وضع الأسماك في كل من الرسوم المتحركة. الأسئلة النهائية القلق حركة الزعنفة الظهرية. يمكن للمستخدم تحديد الافتراضي الظهرية ، وهذا من شأنه أن يجعل الظهراني رفع فقط خلال عرض الخطوبة الجانبية. إذا لم يتم تعيين إلى الافتراضي الظهرية ، يمكن للمستخدم أن تقرر إذا كان نموذج يثير الزعنفة الظهرية وفقا للمسافة من الموضوع من الشاشة.

3.Starting IVP لزميله في اختيار الاختبار.

  1. InteractiveDisplaySetup.txt مفتوحة ومجموعة "ProgramType" لliveTesting وتعيين 'experimentName' إلى نفس اسم الملف الذي يحتوي على بيانات التجربة.
  2. المكان بلطف السمك الموضوع في الحوض وانتظر 10 دقيقة.
  3. بدء 2.0 عارض وIVP و.

4. اختيار زميله في المحاكمة.

التسلسل العام التالي التجريبية الدراسات السابقة باستخدام مؤثرات الفيديو غير التبادلي 1-4. وتعرض الإناث مع اثنين من المحفزات على شاشات مختلفة على طرفي نقيض من الحوض الاختبار. يتم تعقب سلوك الإناث في الوقت الحقيقي من قبل النظام عارض Biobserve. في مقايسة الاستجابة الجمعيات الوقت ، ومقدار الوقت الذي تنفق امرأة في غضون 10 سم من جهاز عرض واحد أو الآخر. يتم حسابها تلقائيا الجمعيات الوقت من قبل المشاهد.

  1. يتم عرض الفيديو المحفزات لمواضيع في محاكمة يتكون من مرحلتين لمدة 20 دقيقة. مرحلة يتكون من شرائح 5 دقائق أربعة :
    1. الجزء الأول acclimatizes الأنثى إلى خزان الاختبار لمدة خمس دقائق عن طريق عرض شاشة أحادية اللون على كل الشاشات.
    2. في الجزء الثاني ، يتم عرض الفيديو two محفزات مختلفة للإناث ، واحدة على الشاشة اليسار والآخر على اليمين لمدة خمس دقائق.
    3. مباشرة بعد عرض للمؤثرات الفيديو ، ويتم عرضه مرة أخرى على شاشة أحادية اللون على حد سواء مراقبين لمدة خمس دقائق.
    4. في الجزء الرابع والأخير ، وتعرض محفزات من الجزء الثاني ، ولكن يتم تبديل موقف كل التحفيز. وهذا يوفر عنصر تحكم داخل الأنثى عن التحيز الجانب.
  2. المجلس الأعلى للتعليمond المرحلة يكرر نفس النمط ، مع مجموعة مختلفة من المحفزات في وقت واحد ، المقدمة.
  3. يتم تشغيل محاكمات إضافية من خلال العودة إلى الخطوة (2) ومنهجية مختلفة جانبية ونظام العرض.

5. ممثل النتائج.

قمنا بتقييم فعالية القراءة التفاعلية بمقارنة استجابة الإناث إلى الرسوم المتحركة التفاعلية وغير التفاعلية ، من الذكور مغازلة. أجرى التحفيز غير التبادلي حافزا على الشاشة الخطوبة ، بغض النظر عن سلوك الأنثى ، كما هو الحال في الدراسات السابقة 1-4.

تتبع التحفيز التفاعلية الوضع الأفقي للأنثى عبر الشاشة. وقد عرفت عمليا موقف الأسماك إما محاكاة أو الموضوع ، كما الأسماك في منتصف الخط الذي يربط بين النقطه الوسطى والخطم و. وكانت القواعد التوجيهية الثلاثة سلوك الذكور على النحو التالي ، حيث يشير إلى اتجاه X طول الدبابة ، واتجاه Z يشير إلى عرض للدبابات (الشكل 2) :

المادة 1 : الذكور محاكاة يلي دائما موضع عبر الشاشة ، وتتبع لها في الاتجاه Z.

المادة 2 : يتم رفع فقط الزعنفة الظهرية لمحاكاة الرجال عندما يتم تنفيذ عرض الخطوبة الجانبية.

المادة 3 : محاكاة الأسماك swordtail الذكور سوف تؤدي فقط عرض الخطوبة الوحشي لمدة 50 ٪ من إجمالي الوقت الذي يتم عرضه للإناث. يتم تشغيل شاشة العرض عن طريق التودد الوحشي الأسماك الذكور يجري داخل ربع طول الجسم من الذكور الإناث من الأسماك في الاتجاه Z. عرض الخطوبة الوحشي مستقلة عن مدى قرب الإناث إلى جهاز العرض في الاتجاه X.

الحافز التفاعلية تتبع عن كثب موقف الأنثى في الوقت الحقيقي (الشكل 3).

وأظهرت الأعمال السابقة باستخدام غير التفاعلي 4،5 المحفزات التي عاشرا الإناث birchmanni يفضل بشدة الاشارات المرئية من الأنواع الخاصة بهم. كانت المحفزات غير التفاعلية التي أنشأتها IVP نفس القدر من الفعالية في انتزاع الأفضليات لم مناوع (ر = 1.923 ، N = 9 ، ع = 0.046). عندما تم اختبار الإناث على الذكور محاكاة تفاعلية مناوع مغاير نوعي ومباشرة قبل أو بعد ذلك في المحاكمة نفسها ، بيد أنهم فشلوا في اظهار تفضيل (الشكل 4).

الشكل 1
الشكل 1. مراقب الإعداد للمعايرة.

الشكل 2
الشكل 2. تخطيطيا للدبابات ورصد الإعداد ، مشيرا إلى محاور المستخدمة لوصف الموقف.

الشكل 3
الشكل 3. الموقف الأفقي للنموذج الرسوم المتحركة وتخضع النساء ممثل بمرور الوقت.

الشكل 4
الشكل 4. رابطة الوقت (ق) من الإناث مع المثيرات التفاعلية وغير التفاعلية للذكور ومناوع مغاير نوعي. يتم إنشاء كل قطعة من سجل خمس دقائق من إخراج مواقف من النموذج الأولي. في هذه المؤامرات ، والوقت يتقدم في الاتجاه العمودي Y 0-5 دقائق.

الشكل 5
الشكل 5. البيانات الممثل الوقت الجمعيات وتتبع من قبل اثنين من المحفزات التفاعلية. وترد اثنين من خمس دقائق لشرائح الأنثيين.

Discussion

وقد اعتمدت الأساليب السابقة لتشغيل الفيديو التفاعلي في سلوك الحيوان على الإنسان مشغل لتقديم ردود على العظة السلوكية من الموضوعات. مع IVP ، أنشأنا تطبيق البرنامج الذي يستند إلى قواعد التفاعل ردا على البيانات ، في الوقت الحقيقي الآلي على سلوك هذا الموضوع. نحن بإيجاز الخطوات المتبعة في إنشاء البرنامج أدناه.

كانت الخطوة الأولى لإنشاء النماذج الرقمية من الذكور X. birchmanni والعاشر malinche. اتخذنا نهجا مماثلا للدراسات سابقة 6. أنشأنا تنسجم 3D التي تحاكي مواد بناء على صور فوتوغرافية للعاشرا الحقيقي birchmanni والعاشر malinche. لالتقاط القوام واقعية من الأسماك الحقيقية ، والصور ذاتها التي استخدمت في تصميم نموذج لأشكال السمك كما استخدمت مواد للأسماك. إحداثيات محاذاة خريطة مستو تطبيقها على الأشعة فوق البنفسجية الأشعة فوق البنفسجية على الخريطة مع نسيج الصورة. ثانيا ، يجب على شبكة رقمية تشوه الأسماك مثل سمكة حقيقية. لتحقيق هذا الهدف ، تم إنشاء هيكل عظمي الظاهري للجسم وزعانف و "البشرة" للشبكة. عملية السلخ يمكن أن تكون مشوهة للشبكة عند المفاصل هي استدارة.

الثانية ، واضاف نحن الاقتراح للأسماك الرقمية. وكانت ست حركات رئيسية سمكة swordtail الذكور يجعل المتحركة. واستخدمت ثلاث حركات لتمثيل مختلف السرعات التي سمكة والسباحة. وكانت الحركات الثلاث الأخرى من الأسماك التي لا تزال قائمة ، وتحول ، أو اظهار عرض الخطوبة الجانبية. منذ الذكور يمكن رفع أو خفض الزعنفة الظهرية بها وفقا لاستقبال سواء الذكور أو الإناث 3 موجودة ، ونحن بفصل حركة الزعنفة الظهرية من ذلك لعرض الخطوبة الجانبية. وكان مرتبطا على الزعنفة الظهرية بحيث يمكن رفعه أو خفضه في أي وقت خلال الدورة. تم استخدام ما مجموعه دورات الرسوم المتحركة 24. بدأ كل دورة ، وانتهت مع السمك في نفس الوضع حتى يتسنى للدورات الرسوم المتحركة يمكن أن يدخلوا بسهولة معا. وقد خلق كل دورة من دورات الرسوم المتحركة 24 بواسطة rotoscoping 7،8 الاقتراح المطلوب من الفيديو العامة لحية ، مغازلة الذكور X. birchmanni.

ثالثا ، نحن تمكين التفاعل. استخدمنا نظام عارض Biobserve لتتبع في الوقت الحقيقي لموقف الخطم ، والجسم ، والذيل من swordtail الإناث ، وتحيل هذه المعلومات في الوقت الحقيقي لبرنامج IVP. وقد تم ذلك بشكل منفصل لكل من الذكور مغازلة على كل شاشة. يتبع الحركة الذكور موقف الأسماك في الموضوع. ونحن على غرار التالية باستخدام رينولدز وصل توجيه السلوك 9،10 ، والذي يسمح للذكور والإناث ، واتبع يتباطأ وهي تقترب من الإناث.

لحساب الموقف من الأسماك swordtail الذكور في كل خطوة الوقت ، تم تزويد النظام مع الموقف الحالي من الإناث ، والتي سمحت للبرنامج لحساب القوى التي تدفع الرجال. أولا ، تم حساب ناقلات المستهدفة يقابله طرح الموقف من الأسماك الذكور من موقف السمكة الأنثى. تم تحديد المسافة الثانية من الأسماك الذكور للإناث الأسماك التي تتخذ من حجم ناقلات المستهدفة الإزاحة. الثالثة ، تم تحديد السرعة المطلوبة من الأسماك الذكور بقسمة المسافة قيمة التباطؤ المستمر. هذا ما سمح للذكور السمك لإبطاء لأنها اقتربت من الأسماك الإناث. الماضي ، تم حساب التسارع المطلوب عن طريق طرح سرعة الذكر الحالي من السرعة المطلوبة.

منذ المتحركة كما يتم تقديم إطارات منفصلة من شريط فيديو في 60 هرتز ، أدلى الحسابات لكل خطوة منفصلة الوقت ، على فترات من 0.016 ثانية. وكان الحد الأقصى لسرعة تعيين إلى قيمة 10 سم / ثانية لهذه التجارب. إذا كان حجم السرعة الجديد هو أكبر من السرعة القصوى ، تم تعيين السرعة إلى أقصى حد.

لهذه المحاكاة خاص ، أثار الأسماك التفاعلية الذكور الزعنفة الظهرية 50 ٪ من الوقت ، وفقط خلال التفاعلات المغازلة. وقد أثار عرض الخطوبة السلوك الوحشي كلما كان الحافز الذكور داخل الجسم 0.25 أطوال الأسماك swordtail الإناث في البعد Z.

فوجئنا بأن التفاعل ألغت تفضيل الإناث للconspecifics ، على الرغم من حقيقة أن الحركات غير التبادلي استدعت تفضيل قوي وبالنظر إلى أن الإناث قضى معظم وقته مع ربط المحفزات التفاعلية. احد الاحتمالات هو ان تتابع عن كثب الأنثى قد تجاوز الاشارات البصرية المستخدمة لتقييم الذكور ، مثل السيف والزعنفة الظهرية. بدلا من ذلك ، قد تكون أقل الإناث المحتمل أن يفقد الاهتمام في مغازلة الذكور ، وبالتالي أقل عرضة للعينة الأفراد على حد سواء (انظر الشكل 5).

ومع ذلك ، نتائجنا تشير إلى أن المبدأ الأساسي في تشغيل ألعاب الفيديو وهي التكنولوجيا والبرمجيات يحركها ، يمكن قائم على قواعد وكلاء الاستجابة إلى إدخال المستخدم طبقت بنجاح لتشغيل تفاعلية في دراساتسلوك الحيوان. ينبغي لهذا النوع من القواعد القائمة على تشغيل تفاعلية مفيدة للدراسات الحركة shoaling والجماعية 11،12. على وجه الخصوص ، ينبغي أن القدرة على التعامل مع النظام ان يستخدم نموذجا لshoaling الظاهري تعطينا نظرة ثاقبة على العمليات التي تستخدم الحيوانات لاتخاذ قرارات shoaling.

Disclosures

وقد رعت إنتاج هذه المادة عن طريق الفيديو من خلال البحث Biobserve.

Acknowledgements

نحن مدينون لستيفان شوارتز والمسيحية Gutzen Biobserve من شركة لرعاية هذه المادة ، وتقديم المساعدة التقنية من ذلك بكثير. نشكر أوليفيا أوتشوا ، كوفمان المسيحي ، والرشاد زاكاري للحصول على مساعدة رعاية الأسماك ، ونحن ممتنون للحكومة الفدرالية المكسيكية للحصول على إذن لجمع السمك. نحن مدينون لVigus غلين بارك فريدريك ، ومختبر التصوير في تكساس A & M. أثينا ماسون وEasterling ريان ساعد في إعداد هذا المنشور. وقدم التمويل من جامعة تكساس A & M وجبهة الخلاص الوطني IOS - 1045226.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fisher, H. S., Mascuch, S., Rosenthal, G. G. Multivariate male traits misalign with multivariate female preferences in the swordtail fish, Xiphophorus birchmanni. Anim. Behav. 78, 265-269 (2009).
  2. Fisher, H. S., Rosenthal, G. G. Hungry females show stronger mating preferences. Behavioral Ecology. 17, 979-981 (2006).
  3. Fisher, H. S., Rosenthal, G. G. Male swordtails court with an audience in mind. Biology Letters. 3, 5-7 (2007).
  4. Wong, B. B. M., Rosenthal, G. G. Female disdain for swords in a swordtail fish. American Naturalist. 167, 136-140 (2006).
  5. Fisher, H. S., Wong, B. B. M., Rosenthal, G. G. Alteration of the chemical environment disrupts communication in a freshwater fish. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences. 273, 1187-1193 (2006).
  6. Rosenthal, G. G. Design considerations and techniques for constructing video stimuli. Acta Ethol. 3, 49-54 (2000).
  7. Turnell, E. R., Mann, K. D., Rosenthal, G. G., Gerlach, G. Mate choice in zebrafish (Danio rerio) analyzed with video-stimulus techniques. Biol. Bull. 205, 225-226 (2003).
  8. Rosenthal, G. G., Ryan, M. J. Assortative preferences for stripes in danios. Animal Behaviour. 70, 1063-1066 (2005).
  9. Flocks, herds and schools: A distributed behavioral model. Reynolds, C. W. Proceedings of the 14th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, 1985, ACM Press. New York, NY. 256 (1985).
  10. Reynolds, C. W. Steering Behaviors For Autonomous Characters. Game Developers Conference, 1999, San Jose, California, Miller Freeman Game Group. San Francisco, California. (1999).
  11. Hoare, D. J., Couzin, I. D., Godin, J. -G. J., Krause, J. Context-dependent group size choice in fish. Animal Behaviour. 65, 663-669 (2004).
  12. Hoare, D. J. &, Krause, J. Social organisation, shoal structure and information transfer. Fish and Fisheries. 4, 269-279 (2003).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats