Video-Wiedergabe ist eine weit verbreitete Technik in das Verhalten von Tieren. Wir erstellt und ausgewertet ein Programm, das auf Regeln basierte, interaktive Wiedergabe von 3-D Computeranimationen gilt als Reaktion auf Echtzeit, automatische Daten unterliegen Verhalten.
Video-Wiedergabe ist eine weit verbreitete Technik zur kontrollierten Manipulation und Präsentation von optischen Signalen in Tierkommunikation. Insbesondere bietet Parameter-basierten Computer-Animation die Möglichkeit, selbständig zu bearbeiten beliebige Anzahl von Verhaltens-, morphologischen, oder die spektralen Eigenschaften im Rahmen der realistischen, bewegte Bilder von Tieren auf dem Bildschirm. Eine wesentliche Einschränkung der herkömmlichen Wiedergabe ist jedoch, dass der visuelle Reiz die Fähigkeit, mit den lebenden Tieren zu interagieren fehlt. In Anlehnung an Video-Game-Technologie, haben wir eine automatisierte, interaktive System zur Wiedergabe von Videos mit Animationen steuert in Reaktion auf Echtzeit-Signale von einem Video-Tracking-System erstellt. Wir haben gezeigt, diese Methode durch die Durchführung Mate-Choice-Tests auf die weibliche Schwertträger Fisch, Xiphophorus birchmanni. Frauen waren eine gleichzeitige Wahl zwischen einem anderen Männchen umwerben und ein Werben um männliche heterospezifischen (X. Malinche) auf gegenüberliegenden Seiten eines Aquariums gegeben. Die virtuelle männlichen Reiz war so programmiert, dass die horizontale Position der weiblichen track, wie umwerben Männchen in freier Wildbahn zu tun. Mate-Wahl Versuche an wild gefangenen X. birchmanni Weibchen wurden verwendet, um den Prototyp der Lage ist, effektiv erzeugen einen realistischen visuellen Reiz zu bestätigen.
Bisherige Methoden zur interaktiven Video-Wiedergabe in das Verhalten der Tiere haben sich auf einen menschlichen Bediener, Antworten auf Verhaltens-Signale von Themen einzuholen verlassen. Mit IVP, haben wir ein Programm, das auf Regeln basierenden Interaktivität in Reaktion auf Echtzeit, automatische Daten unterliegen Verhalten angewendet. Wir kurz die Schritte bei der Erstellung des Programms unter beteiligt.
Der erste Schritt bestand darin, digitale männliche Exemplare von X. erstellen birchmanni und X. Malinche. Wir haben einen ähnlichen Ansatz wie zu früheren Studien 6. Wir erstellten 3D-Maschen, die auf Texturen basieren auf Fotos von realen X. modelliert birchmanni und X. Malinche. Zur Erfassung der realistischen Texturen der echten Fischen, die gleichen Fotos verwendet werden, um die Fische Formen Modells wurden als Texturen für die Fische eingesetzt. Eine planare Karte angewandt, um deren UV-Koordinaten der UV-Karte mit dem Foto Textur ausgerichtet. Zweitens muss die digitale Fisch greifen wie ein echter Fisch zu verformen. Um dies zu erreichen, wurde ein virtuelles Skelett für Körper und Flossen angelegt und "Haut" auf das Netz. Das Skinning-Verfahren ermöglicht die Maschen verformt werden, wenn die Gelenke gedreht werden.
Zweitens, haben wir Bewegung in die digitale Fisch. Sechs Schlüssel Bewegungen, die einen männlichen Schwertträger Fisch macht animiert wurden. Drei der Bewegungen wurden verwendet, um die unterschiedlichen Geschwindigkeiten, mit denen ein Fisch schwimmen würde repräsentieren. Die anderen drei Sätze waren die Fische noch immer, Drehen, oder Ausstellen eines seitlichen Balz. Da Männchen heben oder senken ihre Rückenflosse nach, ob männlich oder weiblich Empfänger vorhanden sind 3, wir die Bewegung der Rückenflosse aus, dass der seitliche Balz entkoppelt. Die Rückenflosse war so gefertigt, dass es angehoben oder abgesenkt werden zu irgendeinem Zeitpunkt während des Zyklus. Insgesamt 24 Animationen Zyklen verwendet wurden. Jeder Zyklus begann und endete mit dem Fisch in der gleichen Haltung, so dass die Animation Zyklen könnte leicht ineinander übergehen. Alle 24 Animationen Zyklen wurden durch Rotoscoping 7,8 die gewünschte Bewegung von oben Video einer Live erstellt, umwerben männlichen X. birchmanni.
Drittens ermöglichte wir Interaktivität. Wir nutzten die Biobserve Viewer-System in Echtzeit verfolgen die Position der Schnauze, Körper und Schwanz des Weibchens Schwertträger und übermitteln diese Informationen in Echtzeit an die IVP-Programm. Dies war für jeden umwerben Männchen auf jedem Monitor. Die männliche Animation folgte das Thema Fisch Position. Wir modellierten folgenden using Reynolds kam Lenkverhalten 9,10, die die Männchen auf das Weibchen zu folgen und abbremsen, wie sie die weibliche Ansätze erlaubt.
Zur Berechnung der Position des männlichen Schwertträger Fisch bei jedem Schritt wurde das System mit der aktuellen Position des Weibchens, die das Programm auf die Kräfte, die die männlichen Festplatte zu berechnen erlaubt geliefert. Zunächst wurde das Ziel-Versatzvektor durch Subtraktion der Position der männlichen Fische aus der Position der weiblichen Fische berechnet. Zweite den Abstand von der männlichen Fische zu den weiblichen Fisch wurde, indem die Größe der Ziel-Versatzvektor bestimmt. Drittens wurde die gewünschte Geschwindigkeit der männlichen Fische, indem der Abstand von einer konstanten Verzögerung ermittelt. Dies ermöglichte den männlichen Fischen zu verlangsamen, da es die weiblichen Fische heran. Zuletzt wurde das gewünschte Beschleunigung durch Subtraktion des Mannes aktuelle Geschwindigkeit von der gewünschten Geschwindigkeit berechnet.
Da Animationen als diskrete Videoframes bei 60 Hz wiedergegeben werden, wurden die Berechnungen für jeden diskreten Zeitschritt gemacht, im Abstand von 0,016 Sekunden. Maximale Geschwindigkeit wurde auf einen Wert von 10 cm / s für diese Versuche eingestellt. Wenn die Größe der neuen Geschwindigkeit war größer als die maximale Geschwindigkeit, war die Geschwindigkeit auf den Maximalwert eingestellt.
Für diese besondere Simulation, hob die interaktive Männchen seiner Rückenflosse 50% der Zeit, und nur während der Balz-Interaktionen. Die seitlichen Balz Verhalten wurde ausgelöst, wenn die männlichen Reiz war innerhalb von 0,25 Körperlängen der weiblichen Schwertträger Fisch in der Z-Dimension.
Wir waren überrascht, dass Interaktivität die weibliche Vorliebe für Artgenossen abgeschafft, trotz der Tatsache, dass die nicht-interaktiven Animationen eine starke Präferenz ausgelöst und bestimmten, dass Frauen die Mehrheit der Zeit den Umgang mit den interaktiven Stimuli. Eine Möglichkeit besteht darin, dass sich eng an das Weibchen visuelle Hinweise zum Männchen zu bewerten, wie das Schwert und Rückenflosse zu überschreiben. Alternativ können Frauen weniger geneigt sein, Interesse an einem Hof männlichen zu verlieren, und daher weniger wahrscheinlich, dass sowohl Einzelpersonen (Abbildung 5) Probe.
Dennoch zeigen unsere Ergebnisse, dass das Funktionsprinzip der Video-Game-Technologie, nämlich der Software gesteuert, können regelbasierte Agenten reagieren auf Benutzereingaben erfolgreich interaktive Wiedergabe werden in Studien der angewandtendas Verhalten der Tiere. Diese Art von Regeln-basierte interaktive Wiedergabe sollte sich als nützlich erweisen für das Studium der shoaling und kollektive Bewegung 11,12. Insbesondere sollte die Möglichkeit, die Regeln, dass ein virtueller Prototyp nutzt für shoaling manipulieren geben uns Einblick in die Prozesse, die Tiere zu verwenden, um shoaling Entscheidungen zu treffen.
The authors have nothing to disclose.
Wir danken Stephan Schwartz und Christian Gutzen von Biobserve GmbH für das Sponsoring dieses Artikels und für einen Großteil der technischen Hilfe. Wir bedanken uns bei Olivia Ochoa, Christian Kaufman, und Zachary Cress für die Unterstützung bei Fisch Pflege, wir sind dankbar, dass die mexikanische Bundesregierung für die Genehmigung zum Fischen zu sammeln. Wir danken Glen Vigus, Frederic Parke, und die Visualisierung Lab an der Texas A & M. Athena Mason und Ryan Easterling bei der Erstellung dieser Publikation unterstützt. Die Finanzierung wurde von der Texas A & M University und NSF IOS-1045226 zur Verfügung gestellt.
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) |