Hayvan İletişim Araştırmaları Otomatik Etkileşimli Video Oynatma

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

Summary

Video oynatma hayvan davranışları yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. Biz oluşturulan ve 3-D bilgisayar animasyonları kurallara dayalı, interaktif çalma tabi davranışı üzerinde gerçek zamanlı, otomatik veri yanıt geçerli bir program değerlendirilir.

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

Video oynatma, hayvan iletişimi, görsel sinyaller kontrollü manipülasyon ve sunumu için yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. Özellikle, parametre tabanlı bir bilgisayar animasyonu, morfolojik, davranışsal veya spektral özellikleri ekranda hayvanlar gerçekçi ve hareketli görüntüler bağlamında herhangi bir sayıda bağımsız işlemek için bir fırsat sunuyor. Geleneksel çalma önemli bir sınırlama Ancak, görsel uyaranın canlı hayvan ile iletişim kurma yeteneği yoksun olduğunu. Borçlanma, video oyunu teknoloji otomatik bir video oynatma için bir video izleme sistemi gerçek zamanlı sinyallere yanıt olarak kontrol animasyonlar, etkileşimli bir sistem oluşturduk. Bu yöntem kadın KılıÁkuyruk balık, Xiphophorus birchmanni arkadaşı seçmeli denemeler yaparak gösterdi. Kadınlar aynı anda karşı tarafta bir akvaryum conspecific kur erkek ve heterospecific bir kur erkek (X Malinche) arasında bir seçim verildi. Kur erkek vahşi gibi sanal erkek uyarıcı, kadın yatay konumunu izlemek için programlanmış. Vahşi X Mate-seçim çalışmalarda birchmanni kadın, gerçekçi bir görsel uyaranın etkin bir şekilde oluşturmak için prototip yeteneği doğrulamak için kullanılan .

Protocol

1. Donanım ve Görüntüleyicisi sistem kurma.

Sistemi, iki monitör ile çevrili bir test tankı oluşur. BIOBSERVE Viewer sistemine bağlı bir video kamera, gerçek zamanlı olarak konunun hareketi kaydeder. Hareket verileri ekranda animasyonlu uyaran hareketini belirleyen ayrı bir sunucu üzerinde interaktif video oynatma (IVP) programı geçti.

  1. Maç monitör çıkışı; temiz su ile dolu bir 80 lt akvaryum zıt ucunda iki CRT monitörler yerleştirin.
  2. Yeri kamera yükü akvaryum tam bir görünüm yakalamak için, video kartı BIOBSERVE bağlanmak.
  3. Kamera izleme bilgilerini almak için Görüntüleyicisi sistem yapılandırın.
  4. Belirli bir ağ IP adresi üzerinden hayvan burnu, bedeni ve gerçek zamanlı animasyon sunucu kuyruk koordinatlarını gönderir Viewer Plug-in etkinleştirin.
  5. Animasyon sunucu üzerinde açın.

2. Kalibrasyon.

  1. Animasyon sunucu, InteractiveDisplaySetup.txt açın. "Monitör Bilgisi" adı altında piksel ekran ekran genişliği ve yüksekliği girin. "ProgramType" altında "kalibrasyon" girin. Dosyadaki değişiklikleri kaydedin.
  2. Programını başlatmak için IVP program simgesine çift tıklayın.
  3. Kapsamlarını adım 2.3 'Görüntüleyicisi sistem kurmak tank boyutları girin. Bu Görüntüleyici veri arasındaki yazışmalar ve IVP interaktif çıkış sağlayacaktır.
  4. Balık tanklarının uçları monitörler daha küçük olduğundan, yazılım, kullanıcının görüş alanı (viewport) taşımak için klavye (genişliği için bir pozisyon için ve s, z ve x yükseklik ve ok tuşları) kullanmanıza olanak sağlar test tank biter uyum uyaranlar. Animasyon sunucu üzerinde bakıldığında, pembe viewport bir test monitör ve diğer mavi viewport (Şekil 1) yankılandı.
  5. Z ve x istenilen uyaran boyutu ile eşleşen kadar her iki görüş alanınız erkek balık ekran ölçekli klavye kullanın.
  6. Görüntülenen kutuları test tank kenarları aynı hizaya gelecek şekilde taşıyın. Kullanıcı balık merkezine doğru veya uzak kutularını taşımak için Q ve W tuşları kullanır.
  7. Programı tarafından istendiğinde deneme bilgileri girin. Kullanıcı önceden yüklenmiş modelleri (gösteride, erkek Xiphophorus birchmanni, X. Malinche kur) arasında seçme seçeneği vardır. Kullanıcı ayrıca her uyaran görüneceği her aşamasında her bir balık (etkileşimli olmayan veya etkileşimli), yan ve sahne davranışı ve istenen her uyaranın boyutu (standart uzunluk) belirtir.
  8. Kullanıcı balık hareketleri akvaryum iki tarafında model hareketi tam olarak aynı olacağını yansıtılmış, yani isterse, bir sonraki soru sorar. Bu sadece balık animasyon modunda hem de zaman kullanılır. Son soruların sırt yüzgeci hareketi ile ilgilidir. Kullanıcı varsayılan dorsal seçebilirsiniz; bu dorsal lateral kur görüntüleme sırasında sadece yükseltmek yapacak. Dorsal varsayılan olarak ayarlı değilse model monitör konu mesafeye göre sırt yüzgeci tutarsa, kullanıcı karar verebilir.

IVP 3.Starting eş seçmeli test için.

  1. Açık InteractiveDisplaySetup.txt ve ayarlamak "ProgramType" liveTesting ve Deney Veri içeren aynı dosya adını 'experimentName'.
  2. Yavaşça, akvaryumdaki tabi balık ve 10 dakika bekleyin.
  3. Viewer 2.0 ve IVP başlayın.

4. Mate-seçimdir deneme.

Genel deneysel dizisi olmayan interaktif video uyaranlara 1-4 kullanarak önceki çalışmalarda izler. Dişiler bir test akvaryum zıt ucunda iki farklı uyaranlara monitörler ile sunulmaktadır. Kadın davranış Biobserve Görüntüleyicisi sistem tarafından gerçek zamanlı olarak takip edilir. Yanıt tahlil dernek, 10 cm bir monitör ya da başka bir kadın içinde harcadığı süreyi. Derneği zaman Görüntüleyicisi tarafından otomatik hesaplanır.

  1. Video uyaranlara iki 20 dakikalık aşamalarında oluşan bir deneme konularda görüntülenir. Bir aşamada 5 dakikalık dört segmentleri oluşur:
    1. İlk bölüm, iki monitörlerde bir monokromatik ekranda gösterirken, beş dakika boyunca test tankına kadın acclimatizes.
    2. Ikinci bölüm, iki farklı video uyaranlara kadın, sol monitör ve diğer beş dakika süreyle sağ tarafta görüntülenir.
    3. Video uyaranların ekran hemen sonra, bir tek renkli ekran tekrar beş dakika boyunca her iki monitör üzerinde görüntülenir.
    4. Dördüncü ve son bölümünde, ikinci parçası gelen uyaranlar sunulur, ancak her uyaranın pozisyon açıldığında. Bu yan önyargı içinde kadın kontrolü sağlar.
  2. SECİkinci aşamada, eş zamanlı olarak sunulan uyaranlara farklı bir set ile aynı deseni tekrarlar.
  3. 2. adıma geri dönen ve sistematik bir sunum yan ve sipariş değişen ek çalışmalar yürütülmektedir.

5. Temsilcisi Sonuçlar.

Biz kur erkek etkileşimli ve etkileşimli olmayan animasyonlar kadın yanıt karşılaştırarak Etkileşimli oynatma etkinliği değerlendirildi. Etkileşimli olmayan uyaran önceki çalışmalarda 1-4 olarak, kadın davranışı bağımsız olarak ekranda bir kur uyaran yapıldı .

İnteraktif uyaran paletli, ekran boyunca kadın yatay konumda. Simüle balık ya da söz konusu balık ya pozisyonu operasyonel centroid ve burnu birleştiren çizginin orta noktası olarak tanımlanmıştır. Erkek davranış rehberlik üç kural X yönünde tankın uzunluğu ifade eder ve Z yönünde tankın genişliği (Şekil 2) ifade eder, aşağıdaki gibi:

Kural 1: simüle erkek her zaman Z yönü onu izleme, ekran boyunca konu şu.

Kural 2: simüle erkek sırt yüzgeci bir lateral kur ekran yerine getirirken sadece yükseltti.

Kural 3: simüle erkek KılıÁkuyruk balık sadece% 50, kadın sergilenmektedir toplam süre için bir lateral kur ekran gerçekleştirecek. Lateral kur ekran Z yönünde dişi balık dörtte biri erkek vücut uzunluğu içinde olan erkek balık tarafından tetiklenir. Lateral kur ekran kadın X yönünde izlemek için ne kadar yakın olduğunu bağımsızdır.

İnteraktif uyaran, gerçek zamanlı olarak kadın pozisyonlar (Şekil 3) yakından izlenir.

4,5 etkileşimli olmayan uyaranlara kullanarak Önceki çalışmasını kadın X gösterdi birchmanni kendi türünün güçlü görsel sinyaller tercih etti. IVP tarafından oluşturulan interaktif olmayan uyaranlara conspecific arkadaşı tercihleri ​​(t = 1,923, N = 9, p = 0,046) eliciting eşit derecede etkili olmuştur. Simüle interaktif conspecific ve heterospecific erkek kadın test edildiğinde hemen önce veya sonra aynı deneme, ancak, bu bir tercih (Şekil 4) göstermek için başarısız oldu.

Şekil 1
Şekil 1: Kalibrasyon için kurulum izleyin.

Şekil 2
Şekil 2 tank ve monitör kurulum şematik görünümü, konumunu tanımlamak için kullanılan belirten eksenleri.

Şekil 3
Şekil 3. Yatay konum, zaman içinde animasyonlu timsalimiz ve temsil eden kadın konu .

Şekil 4
Şekil 4 etkileşimli ve etkileşimli olmayan conspecific ve heterospecific erkek uyaranlara kadın Derneği (ler). Her komplo prototip pozisyonları çıkış beş dakikalık bir kayıt oluşturulur. Bu araziler, 0 ila 5 dakika dikey Y yönünde ilerler.

Şekil 5
Şekil 5 iki interaktif uyaranlarla Temsilcisi dernek zamanlı veri ve izleme. Iki kadın iki beş dakika segmentleri gösterilmiştir.

Discussion

Önceki hayvan davranış interaktif video oynatımı için yöntemleri konulardan davranışsal ipuçlarını yanıtları sağlamak için bir insan operatör yararlanmıştır. IVP, biz tabi davranışı üzerinde gerçek zamanlı, otomatik veri yanıt kural tabanlı etkileşim uygulanan bir program oluşturdu. Biz programı oluştururken aşağıda yer alan adımları kısaca özetlemektedir.

X dijital erkek örnekleri oluşturmak için ilk adım birchmanni ve X. Malinche. Biz önceki çalışmalarda 6 benzer bir yaklaşım benimsedi. Biz gerçek X fotoğrafları dayalı dokular modellenmiş 3D kafesleri yarattı birchmanni ve X. Malinche. Gerçek balık, balık şekilleri modellemek için kullanılan aynı fotoğraflar gerçekçi dokular yakalamak için balık dokular olarak kullanılmıştır. Kendi UV uygulanan bir düzlemsel harita, fotoğraf dokusu ile UV harita hizalanmış koordine eder. İkincisi, dijital balık örgü, gerçek bir balık gibi deforme gerekir. Bunu başarmak için, sanal bir iskelet, gövde ve kanatları için yaratıldı ve mesh "derili". Eklemlerin döndürülmüş arayüz süreci örgü deforme olmasını sağlar.

İkincisi, dijital balık hareket ekledi. Altı temel hareketleri bir erkek KılıÁkuyruk balık yaptığı canlandırılmıştır. Üç hareketlerin bir balık yüzmek hangi farklı hızlarda temsil etmek için kullanılır. Diğer üç hareketleri dönüm veya lateral kur ekran sergileyerek, hala kalan balık. Erkekler 3 erkek ya da kadın alıcıları mevcut olup olmadığını uygun olarak sırt yüzgeci yükseltebilir veya düşürebilirsiniz bu yana, biz lateral kur ekran sırt yüzgeci hareketi decoupled. Döngüsü sırasında gündeme veya herhangi bir noktada indirdi olabilir, böylece sırt yüzgeci anahtarlı oldu. Toplam yirmi dört animasyon döngüleri kullanılmıştır. Her devir başladı ve animasyon döngüleri kolayca bir araya geliyor, öyle ki, aynı duruşu balık ile sona erdi. Yirmi dört animasyon döngüleri rotoscoping 7,8, canlı bir havai video istenen hareket tarafından oluşturulan, erkek X. kur birchmanni.

Üçüncü olarak, etkileşim sağladı. Biz gerçek zamanlı olarak, burun, gövde, ve kuyruk kadın KılıÁkuyruk pozisyonu IVP programı gerçek zamanlı olarak izleyebilir ve bu bilgileri iletmek için Biobserve Görüntüleyicisi sistem kullanılır. Bu her monitör kur her erkek için ayrı ayrı yapıldı. Erkek animasyon konu balık pozisyonu takip etti. Biz Reynolds kadın yaklaşımlar olarak erkek, kadın takip ve yavaşlatmak için izin direksiyon davranışı 9,10 geldi kullanarak aşağıdaki modellenmiştir.

Her zaman adımı erkek KılıÁkuyruk balık konumunu hesaplamak için, sistem, program, erkek sürücü kuvvetleri hesaplamak için izin kadın, mevcut konumu ile sağlanmıştır. İlk olarak, hedef ofset vektörü erkek balık dişi balık pozisyon pozisyon çıkarılarak hesaplandı. Erkek balık kadın balık İkinci mesafe hedef ofset vektörü büyüklüğünü alarak tespit edilmiştir. Üçüncü olarak, erkek balık istenilen hızda, sabit bir yavaşlama değeri mesafe bölünmesi ile tespit edilmiştir. Bu erkek balık kadın balık yaklaşırken yavaşlatmak için izin verdi. Son olarak, istenilen ivme istenilen hız erkek mevcut hız çıkarılarak hesaplandı.

Animasyonlar, 60 Hz video ayrık kareleri olarak işlenir, hesaplamalar 0.016 saniye aralıklarla, her ayrık zaman adım için yapılmıştır. Maksimum hızı 10 cm / s Bu deneyler için bir değer olarak ayarlanmış. Yeni hızının büyüklüğü maksimum hız daha fazla ise, maksimum hız kurulmuştur.

Bu özellikle simülasyon için, interaktif erkek balıkların sırt yüzgeci zaman% 50 kaldırdı ve sadece kur etkileşimleri sırasında. Erkek uyaran Z boyutta kadın KılıÁkuyruk balık 0.25 vücut uzunlukları içinde yapıldığında yan kur ekran davranış tetikledi.

Biz olmayan interaktif animasyonlar, güçlü bir tercihi ortaya çıkardı ve kadın interaktif uyaranlar ile ilişkilendirerek çoğunluğu zaman zaman harcadım rağmen, etkileşim conspecifics için kadın tercih kaldırıldı şaşırdık. Bir olasılık, kılıç ve sırt yüzgeci erkek değerlendirmek için kullanılan görsel ipuçları, kadın yakından takip geçersiz kılabilir. Alternatif olarak, kadın kur erkek ilgi kaybetmek olasılığı daha düşük olabilir ve bu nedenle daha az olasıdır, hem bireyler örnek (Şekil 5).

Bununla birlikte, elde ettiğimiz sonuçlar, yani video oyun teknolojisinin çalışma prensibi, yazılım odaklı, kullanıcı girişi yanıt kural tabanlı ajanlar çalışmaları başarıyla Etkileşimli oynatma uygulanabilir.hayvan davranışları. Bu tür kurallara dayalı interaktif çalma shoaling ve kolektif hareket 11,12 çalışmaları için yararlı ispatlamak zorundadır. Özellikle, sanal timsalimiz shoaling için kullandığı kuralları manipüle etme yeteneği bize hayvanlar shoaling kararları yapmak için kullanabileceğiniz bu süreçlere fikir vermelidir.

Disclosures

Bu video-makale üretim Biobserve Research tarafından sponsor oldu.

Acknowledgements

Biz bu makalede sponsorluk için ve çok fazla teknik yardım için, Stephan Schwartz ve Hıristiyan Gutzen Biobserve GmbH borçlu. Biz Olivia Ochoa, Hıristiyan Kaufman ve Zachary Cress balık bakım ile yardım için teşekkür ederim, biz balık toplamak için izin Meksika federal hükümet minnettarız. Glen Vigus, Frederic Parke, ve Texas A & M Görselleştirme Laboratuarı borçlu Athena Mason ve Ryan Doğulu, bu yayının hazırlanmasında yardımcı oldu. Finansman Texas A & M Üniversitesi ve NSF IOS-1045226 tarafından sağlanmıştır.

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