पशु संचार के अध्ययन के लिए स्वचालित इंटरएक्टिव वीडियो प्लेबैक

Published 2/09/2011
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Neuroscience
 

Summary

वीडियो प्लेबैक पशुओं के व्यवहार में एक व्यापक रूप से प्रयोग किया जाता तकनीक है. हम बनाया है और एक प्रोग्राम है कि विषय व्यवहार पर वास्तविक समय, स्वचालित डेटा के जवाब में नियम आधारित, 3 डी कंप्यूटर एनिमेशन के इंटरैक्टिव प्लेबैक लागू होता है मूल्यांकन.

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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).

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Abstract

वीडियो प्लेबैक नियंत्रित और दृश्य संकेतों के पशु संचार में हेरफेर प्रस्तुति के लिए एक व्यापक रूप से इस्तेमाल तकनीक है. विशेष रूप में, पैरामीटर-आधारित कंप्यूटर एनीमेशन स्वतंत्र रूप से स्क्रीन पर पशुओं के यथार्थवादी, चलती छवियों के संदर्भ में व्यवहार, morphological, या वर्णक्रमीय विशेषताओं के किसी भी संख्या में हेरफेर करने का अवसर प्रदान करता है. पारंपरिक प्लेबैक के एक प्रमुख सीमा है, लेकिन है कि दृश्य उत्तेजना जीवित पशु के साथ बातचीत करने की क्षमता का अभाव है. वीडियो गेम प्रौद्योगिकी से उधार, हम एक स्वचालित, वीडियो प्लेबैक है कि एक वीडियो ट्रैकिंग प्रणाली से वास्तविक समय संकेतों के जवाब में एनिमेशन नियंत्रण के लिए इंटरएक्टिव सिस्टम बनाया है. हम महिला swordtail मछली, Xiphophorus birchmanni पर दोस्त पसंद परीक्षणों का आयोजन करके इस विधि का प्रदर्शन किया. महिलाओं के बीच एक दावत conspecific और एक मछलीघर के विपरीत पक्षों पर एक दावत heterospecific पुरुष पुरुष (एक्स malinche) एक युगपत विकल्प दिया गया . आभासी पुरुष प्रोत्साहन के लिए महिला की क्षैतिज स्थिति को ट्रैक करने के लिए क्रमादेशित किया गया था, के रूप में पुरुषों को दावत जंगली में. जंगली पकड़ा एक्स पर मेट पसंद परीक्षण birchmanni महिलाओं के प्रोटोटाइप के लिए प्रभावी ढंग से एक यथार्थवादी दृश्य उत्तेजना उत्पन्न करने की क्षमता को मान्य करने के लिए इस्तेमाल किया गया.

Protocol

1. हार्डवेयर और दर्शक प्रणाली की स्थापना.

प्रणाली एक परीक्षण दो मॉनिटर द्वारा flanked टैंक के होते हैं. एक वीडियो कैमरा BIOBSERVE व्यूअर प्रणाली से जुड़े वास्तविक समय में विषय के आंदोलन रिकॉर्ड. मोशन डेटा इंटरैक्टिव एक अलग सर्वर है, जो स्क्रीन पर एनिमेटेड उत्तेजना की गति निर्धारित करता है पर वीडियो प्लेबैक प्रोग्राम (आईवीपी) को पारित कर दिया है.

  1. मैच मॉनिटर उत्पादन, एक 80 एल साफ पानी से भरा मछलीघर के विपरीत छोर पर दो CRT पर नज़र रखता रखें.
  2. प्लेस कैमरा उपरि मछलीघर की पूर्ण दृश्य पर कब्जा करने के लिए, कनेक्ट करने के लिए वीडियो कार्ड BIOBSERVE.
  3. व्यूअर प्रणाली कैमरे से ट्रैकिंग जानकारी प्राप्त कॉन्फ़िगर.
  4. व्यूअर है कि एक निर्दिष्ट नेटवर्क आईपी पते के माध्यम से पशु के थूथन, शरीर, और वास्तविक समय में एनीमेशन सर्वर करने के लिए पूंछ के निर्देशांक भेजता प्लग में सक्षम है.
  5. एनीमेशन सर्वर पर मुड़ें.

2. अंशांकन.

  1. एनीमेशन सर्वर पर InteractiveDisplaySetup.txt खुला. "मॉनिटर जानकारी" के तहत पिक्सल में स्क्रीन और स्क्रीन ऊँचाई और चौड़ाई लिखें. "ProgramType" के अंतर्गत "अंशांकन" दर्ज करें. फ़ाइल के लिए परिवर्तन सहेजें.
  2. आईवीपी कार्यक्रम आइकन पर डबल क्लिक करें प्रोग्राम प्रारंभ करने के लिए.
  3. टैंक के रूप में व्यूअर प्रणाली में 2.3 चरण में सेट आयाम के विस्तार में दर्ज करें. यह व्यूअर डेटा और आईवीपी से इंटरैक्टिव उत्पादन के बीच पत्राचार सुनिश्चित करेगा.
  4. के बाद से मछली टैंक के सिरों पर नज़र रखता है की तुलना में छोटे होते हैं, सॉफ्टवेयर उपयोगकर्ता कुंजीपटल (और चौड़ाई के लिए है, स्थिति के लिए z और x ऊँचाई के लिए, और तीर कुंजी) का उपयोग करने के लिए देखने के क्षेत्र (viewport) चाल की अनुमति देता है परीक्षण टैंक के सिरों के साथ तालमेल करने के लिए उत्तेजनाओं. एनीमेशन सर्वर पर देखा है, गुलाबी viewport एक परीक्षण मॉनिटर और दूसरे पर नीले viewport (1 आंकड़ा) पर गूँजती है.
  5. कुंजीपटल पर z और x का उपयोग करने के लिए दोनों viewports पर पुरुष मछली का प्रदर्शन पैमाने जब तक यह वांछित उत्तेजना आकार से मेल खाता है.
  6. इतना है कि वे परीक्षण टैंक के किनारों के लिए पंक्ति में प्रदर्शित बक्से हटो. उपयोगकर्ता ओर या मछली के केंद्र से दूर बक्से ले जाने के क्यू या डब्ल्यू कुंजियों का उपयोग करता है.
  7. जब प्रोग्राम द्वारा प्रेरित प्रयोग की जानकारी दर्ज करें. उपयोगकर्ता preloaded मॉडल (हमारे प्रदर्शन में, पुरुष Xiphophorus birchmanni, एक्स malinche दावत) के बीच चुनने का विकल्प है . उपयोगकर्ता को भी प्रत्येक चरण में प्रत्येक मछली (गैर इंटरैक्टिव या इंटरैक्टिव), पक्ष और मंच के व्यवहार, जिसमें प्रत्येक उत्तेजना दिखाई देगा और प्रत्येक प्रोत्साहन के वांछित आकार (मानक लंबाई) निर्दिष्ट करता है.
  8. अगला सवाल पूछता है तो उपयोगकर्ता मछली आंदोलनों नजर आता है, यानी, हो सकता है कि मछलीघर के दोनों तरफ मॉडल के आंदोलन वास्तव में एक ही हो जाएगा चाहता है. यह केवल जब मछली दोनों एनीमेशन मोड में प्रयोग किया जाता है. अंतिम सवाल पृष्ठीय पंख के आंदोलन चिंता. उपयोगकर्ता डिफ़ॉल्ट पृष्ठीय का चयन कर सकते हैं, इस पृष्ठीय केवल एक पार्श्व प्रेमालाप प्रदर्शन के दौरान उठाना करना होगा. यदि पृष्ठीय डिफ़ॉल्ट सेट नहीं है, उपयोगकर्ता तय कर सकते हैं अगर मॉडल मॉनिटर से इस विषय की दूरी के अनुसार अपने पृष्ठीय पंख उठाती.

दोस्त - पसंद परीक्षण के लिए आईवीपी 3.Starting.

  1. ओपन InteractiveDisplaySetup.txt और सेट liveTesting ProgramType "और एक ही फ़ाइल नाम है जिसमें प्रयोग डेटा के लिए 'experimentName' सेट.
  2. धीरे विषय मछली मछलीघर में जगह और 10 मिनट का इंतजार.
  3. प्रारंभ Viewer 2.0 और आईवीपी.

4. मेट पसंद परीक्षण.

समग्र प्रयोगात्मक अनुक्रम पिछले गैर इंटरैक्टिव वीडियो उत्तेजनाओं 1-4 का उपयोग अध्ययन के बाद . महिलाओं एक परीक्षण मछलीघर के विपरीत छोर पर दो मॉनिटर पर विभिन्न उत्तेजनाओं के साथ प्रस्तुत कर रहे हैं. स्त्री व्यवहार वास्तविक समय में Biobserve व्यूअर प्रणाली द्वारा पता लगाया है. प्रतिक्रिया परख सहयोग से समय, समय की राशि है कि एक महिला एक मॉनिटर के 10 सेमी या अन्य के भीतर खर्च है. एसोसिएशन समय स्वचालित रूप से व्यूअर द्वारा computed है.

  1. वीडियो उत्तेजनाओं दो, 20 मिनट चरणों के निर्वाचकगण एक परीक्षण में विषयों को प्रदर्शित कर रहे हैं. एक चरण 5 मिनट में चार क्षेत्रों के होते हैं:
    1. प्रथम खंड दोनों पर नज़र रखता है पर एक एक रंग स्क्रीन प्रदर्शित करके पांच मिनट के लिए परीक्षण की टंकी के लिए महिला acclimatizes.
    2. दूसरे खंड में, दो अलग अलग वीडियो उत्तेजनाओं महिला, एक बाएँ मॉनिटर पर और पांच मिनट के लिए दाईं तरफ अन्य प्रदर्शित कर रहे हैं.
    3. तुरंत वीडियो उत्तेजनाओं के प्रदर्शन के बाद, एक एक रंग स्क्रीन फिर पांच मिनट के लिए दोनों पर नज़र रखता है पर प्रदर्शित किया जाता है.
    4. चौथे और अंतिम खंड में, दूसरा खंड से उत्तेजनाओं प्रस्तुत कर रहे हैं, लेकिन प्रत्येक उत्तेजना की स्थिति बंद है. इस पक्ष पूर्वाग्रह के लिए एक नियंत्रण के भीतर महिला प्रदान करता है.
  2. सेकंडदूसरे चरण में एक साथ प्रस्तुत उत्तेजनाओं का एक अलग सेट के साथ एक ही पैटर्न दोहराता है.
  3. अतिरिक्त परीक्षण चरण 2 पर लौटने और व्यवस्थित पक्ष और प्रस्तुति के क्रम में अलग से चलाए जा रहे हैं.

5. प्रतिनिधि परिणाम.

हम दावत पुरुषों के इंटरैक्टिव और गैर इंटरैक्टिव एनिमेशन महिला प्रतिक्रिया की तुलना द्वारा इंटरैक्टिव प्लेबैक की प्रभावशीलता का मूल्यांकन. गैर इंटरैक्टिव प्रोत्साहन के रूप में पिछले 1-4 अध्ययन में प्रेमालाप परदे उत्तेजना, महिला व्यवहार के स्वतंत्र प्रदर्शन किया.

इंटरैक्टिव उत्तेजना स्क्रीन के पार महिला की क्षैतिज स्थिति पर नज़र रखी. या तो नकली मछली या विषय मछली की स्थिति सक्रिय केन्द्रक और थूथन जोड़ने लाइन के मध्य के रूप में परिभाषित किया गया था. तीन पुरुष व्यवहार मार्गदर्शक नियमों के रूप में निम्नानुसार है, जहां एक्स दिशा टैंक की लंबाई को संदर्भित करता है है, और Z दिशा टैंक (2 आंकड़ा) की चौड़ाई को संदर्भित करता है है:

नियम 1: नकली पुरुष हमेशा स्क्रीन के पार विषय निम्नानुसार है, उसे Z दिशा में ट्रैकिंग.

नियम 2: नकली पुरुष पृष्ठीय पंख केवल जब यह एक पार्श्व प्रेमालाप प्रदर्शन प्रदर्शन कर रहा है उठाया है.

नियम 3: नकली पुरुष swordtail मछली कुल समय यह महिला के लिए प्रदर्शित किया जा रहा है के 50% के लिए केवल एक पार्श्व प्रेमालाप प्रदर्शन प्रदर्शन करेंगे. पार्श्व प्रेमालाप प्रदर्शन पुरुष मछली Z दिशा में महिला मछली की एक - चौथाई पुरुष शरीर की लंबाई के भीतर किया जा रहा द्वारा ट्रिगर है. पार्श्व प्रेमालाप प्रदर्शन कैसे पास महिला एक्स दिशा में नजर रखने के लिए स्वतंत्र है.

इंटरैक्टिव उत्तेजना बारीकी से वास्तविक समय में महिला की स्थिति (आंकड़ा 3) पर नज़र रखी.

पिछला गैर इंटरैक्टिव 4,5 उत्तेजनाओं का उपयोग कर काम से पता चला है कि महिला एक्स birchmanni दृढ़ता से अपनी ही प्रजाति के दृश्य संकेतों को प्राथमिकता दी . गैर इंटरैक्टिव आईवीपी द्वारा बनाई गई उत्तेजनाओं conspecific दोस्त वरीयताओं (टी = 1.923, एन = 9, पी 0.046 =) eliciting में समान रूप से प्रभावी रहे थे. जब महिलाओं नकली इंटरैक्टिव conspecific और heterospecific पुरुषों पर परीक्षण किया गया तुरंत से पहले या बाद में एक ही परीक्षण में, तथापि, वे करने के लिए एक वरीयता (आंकड़ा 4) दिखाने में असफल रहा.

चित्रा 1
चित्रा 1 मॉनिटर अंशांकन के लिए सेटअप.

चित्रा 2
चित्रा 2 टैंक और मॉनिटर सेटअप के योजनाबद्ध दृश्य, यह दर्शाता है अक्षों की स्थिति का वर्णन करने के लिए इस्तेमाल किया.

चित्रा 3
चित्रा 3 एनिमेटेड और समय पर प्रतिनिधि महिला विषय कापी की क्षैतिज स्थिति.

चित्रा 4
चित्रा 4 एसोसिएशन इंटरैक्टिव और गैर इंटरैक्टिव conspecific और heterospecific पुरुष उत्तेजनाओं के साथ महिलाओं के समय (ओं) . प्रत्येक साजिश प्रोटोटाइप द्वारा एक पांच मिनट पदों के रिकॉर्ड उत्पादन से बनाया जाता है. इन भूखंडों में, समय 0 से 5 मिनट से खड़ी वाई दिशा में प्रगति.

चित्रा 5
चित्रा 5 प्रतिनिधि संघ समय दो इंटरैक्टिव stimuli द्वारा और ट्रैकिंग डेटा. दो दो महिलाओं के लिए पांच मिनट के क्षेत्रों से पता चला रहे हैं.

Discussion

पशुओं के व्यवहार में इंटरैक्टिव वीडियो प्लेबैक के लिए पिछला तरीकों विषयों से व्यवहार cues के लिए प्रतिक्रियाओं प्रदान के लिए एक मानव ऑपरेटर पर भरोसा है. आईवीपी के साथ, हम एक प्रोग्राम है कि विषय व्यवहार पर वास्तविक समय, स्वचालित डेटा के जवाब में लागू नियम आधारित अन्तरक्रियाशीलता बनाया. हम संक्षेप में नीचे कार्यक्रम बनाने में शामिल कदम की रूपरेखा.

पहले कदम के लिए डिजिटल एक्स के पुरुष मिसाल बनाने के लिए किया गया birchmanni और एक्स malinche. हम पिछले 6 अध्ययन के लिए एक समान दृष्टिकोण लिया . हम 3 डी meshes कि textures पर modeled कर रहे हैं असली एक्स की तस्वीरों पर आधारित बनाया birchmanni और एक्स malinche. मछली के लिए textures के रूप में असली मछली मछली आकृतियों मॉडल का उपयोग किया, वही तस्वीरें यथार्थवादी textures पर कब्जा किया गया. एक planar उनके यूवी लागू नक्शे तस्वीर बनावट के साथ यूवी नक्शा गठबंधन निर्देशांक. दूसरा, डिजिटल मछली जाल एक असली मछली की तरह ख़राब करना चाहिए. यह पूरा करने के लिए, शरीर और पंख के लिए एक आभासी कंकाल बनाया गया था और जाल "चमड़ी". skinning प्रक्रिया जाल विकृत हो करने के लिए सक्षम बनाता है जब जोड़ों घुमाया जाता है.

दूसरा, हम डिजिटल मछली गति जोड़ा. छह कुंजी आंदोलनों कि एक पुरुष swordtail मछली बनाता है एनिमेटेड थे. आंदोलनों के तीन अलग गति, जिस पर एक मछली तैर प्रतिनिधित्व करने के लिए इस्तेमाल किया गया. अन्य तीन आंदोलनों अभी भी बाकी मछली थे, मोड़, या एक पार्श्व प्रेमालाप प्रदर्शन प्रदर्शन. के बाद से पुरुषों को बढ़ाने या कम अपने पृष्ठीय पंख के अनुसार कर सकते हैं कि क्या पुरुष या महिला रिसीवर मौजूद हैं 3, हम है कि पार्श्व प्रेमालाप प्रदर्शन के से पृष्ठीय पंख के आंदोलन decoupled. पृष्ठीय पंख इतना है कि यह या उठाया जा सकता है चक्र के दौरान किसी भी बिंदु पर कम बंद किया गया था. चौबीस एनीमेशन चक्र के कुल इस्तेमाल किया गया. प्रत्येक चक्र शुरू कर दिया है और एक ही मुद्रा में मछली के साथ समाप्त हो गया इतना है कि एनीमेशन चक्र आसानी से एक साथ मिश्रण सकता है. चौबीस एनीमेशन चक्र के सभी 7,8 एक जीवित वीडियो उपरि से वांछित गति rotoscoping के द्वारा बनाया गया था, पुरुष एक्स दावत birchmanni.

तीसरा, हम अन्तरक्रियाशीलता सक्षम होना चाहिए. हम Biobserve व्यूअर प्रणाली का इस्तेमाल के लिए वास्तविक समय में थूथन, शरीर और महिला swordtail की पूंछ की स्थिति को ट्रैक और आईवीपी कार्यक्रम के लिए वास्तविक समय में है कि जानकारी प्रेषित. यह प्रत्येक मॉनिटर पर प्रत्येक दावत पुरुष के लिए अलग किया गया था. पुरुष एनीमेशन विषय है मछली स्थिति के बाद. हम का उपयोग कर रेनॉल्ड्स स्टीयरिंग 9,10 व्यवहार है, जो पुरुष महिला का पालन करें और धीमा के रूप में यह महिला दृष्टिकोण की अनुमति पहुंचे निम्नलिखित मॉडलिंग की.

हर बार कदम पर पुरुष swordtail मछली की स्थिति की गणना करने के लिए, सिस्टम महिला, जो कार्यक्रम बलों है कि पुरुष ड्राइव की गणना करने के लिए अनुमति दी के वर्तमान स्थिति के साथ आपूर्ति की गई थी. सबसे पहले, वेक्टर लक्ष्य - ऑफसेट महिला मछली की स्थिति से नर मछली की स्थिति subtracting द्वारा गणना की थी. दूसरा पुरुष मछली से महिला मछली करने के लिए दूरी वेक्टर लक्ष्य - ऑफसेट की भयावहता लेने के द्वारा निर्धारित किया गया था. तीसरा, पुरुष मछली के वांछित गति एक निरंतर मंदी मूल्य से दूरी विभाजित करके निर्धारित किया गया था. यह पुरुष मछली धीमा करने के लिए के रूप में यह महिला मछली से संपर्क की अनुमति दी. अंतिम, वांछित त्वरण वांछित वेग से पुरुष वर्तमान वेग subtracting द्वारा गणना की थी.

चूंकि एनिमेशन 60 हर्ट्ज पर वीडियो के असतत फ्रेम के रूप में गाया जाता है, गणना प्रत्येक असतत समय कदम के लिए किए गए थे 0.016 सेकंड के अंतराल पर. अधिकतम वेग इन प्रयोगों के लिए / 10 सेमी एस के एक मूल्य के लिए स्थापित किया गया था. यदि नए वेग के परिमाण अधिकतम गति से अधिक था, वेग अधिकतम करने के लिए स्थापित किया गया था.

यह विशेष रूप से सिमुलेशन के लिए, इंटरैक्टिव पुरुष मछली अपने पृष्ठीय पंख समय के 50% उठाया, और केवल प्रेम प्रसंग बातचीत के दौरान. पार्श्व प्रेमालाप प्रदर्शन व्यवहार शुरू हो गया था जब भी पुरुष उत्तेजना 0.25 Z आयाम में महिला swordtail मछली के शरीर की लंबाई के भीतर था.

हम हैरान थे कि अन्तरक्रियाशीलता conspecifics के लिए महिला वरीयता समाप्त कर दिया तथ्य यह है कि गैर इंटरैक्टिव एनिमेशन एक मजबूत वरीयता हासिल है और दिया है कि महिलाओं में समय के बहुमत खर्च इंटरैक्टिव उत्तेजनाओं के साथ जोड़ के बावजूद. एक संभावना यह है कि बारीकी से महिला निम्नलिखित दृश्य पुरुषों का मूल्यांकन किया तलवार और पृष्ठीय पंख जैसे cues, ओवरराइड सकता है. वैकल्पिक रूप से, महिलाओं को कम करने के लिए एक दावत पुरुष में रुचि खो जाने की संभावना हो, और इसलिए की संभावना कम हो सकता है नमूना दोनों व्यक्तियों (5 आंकड़ा).

फिर भी, हमारे परिणाम बताते हैं कि वीडियो गेम प्रौद्योगिकी के ऑपरेटिंग अर्थात् सिद्धांत, सॉफ्टवेयर संचालित, नियम आधारित एजेंट उपयोगकर्ता इनपुट के जवाब के अध्ययन में सफलतापूर्वक किया जा सकता है इंटरैक्टिव प्लेबैक करने के लिए लागूपशुओं के व्यवहार. नियम आधारित इंटरैक्टिव प्लेबैक के इस प्रकार shoaling और सामूहिक 11,12 आंदोलन के अध्ययन के लिए उपयोगी साबित करना चाहिए . विशेष रूप में, नियम है कि एक आभासी कापी shoaling के लिए उपयोग करता है में हेरफेर करने की क्षमता हमें प्रक्रियाओं है कि जानवरों shoaling निर्णय लेने के लिए उपयोग में अंतर्दृष्टि देना चाहिए.

Disclosures

इस वीडियो लेख के उत्पादन Biobserve रिसर्च द्वारा प्रायोजित किया गया था.

Acknowledgements

हम इस लेख के प्रायोजन के लिए और अधिक तकनीकी सहायता के लिए स्टेपहान Schwartz और Biobserve GmbH के ईसाई Gutzen ऋणी हैं. हम मछली की देखभाल के साथ सहायता के लिए ओलिविया Ochoa, ईसाई Kaufman, और Zachary क्रेस धन्यवाद, हम मछली इकट्ठा करने की अनुमति के लिए मैक्सिकन संघीय सरकार के लिए आभारी हैं. हम ग्लेन Vigus, Frederic Parke, और टेक्सास ए एंड एम पर विज़ुअलाइज़ेशन लैब के ऋणी हैं एथेना मेसन और रयान Easterling इस प्रकाशन की तैयारी में सहायता की. अनुदान टेक्सास ए एंड एम विश्वविद्यालय और IOS 1045226 NSF द्वारा प्रदान की गई थी.

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)

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References

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