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Track3D

对昆虫使用Track3D

昆虫的重要性怎么估计都不为过。仅在美国，昆虫传粉者就为农业贡献了300亿美元的收入[1]每年。瓦螨和杀虫剂等影响蜜蜂行为和生存的因素会对经济产生巨大影响。

研究的重要性

从鸟类到哺乳动物，以及大多数爬行动物和两栖动物，许多野生动物基本上或完全依赖于吃昆虫。

每年大约有一百万人死于疟疾[２]在美国，一群蝗虫一天可以吃掉相当于1500万人的食物[3]白蚁每年向大气中排放20- 40tg的强效温室气体甲烷[4]．

昆虫行为学:对昆虫行为的研究从未像现在这样重要。

Track3D是一个基于视频的系统，用于自动跟踪三维空间中的动物。

  • 记录实验室内动物的运动

  • 在三维图像中可视化产生的轨迹

  • 计算运动参数的个数

测量飞行

视频跟踪比手动记录行为有明显的优势。视频跟踪提供了准确的行为信息，如飞行速度和动物在一个区域内的持续时间。

它还能使你进行客观和无偏见的观察，你可以在更长的时间内不间断地进行观察。然而，对于飞行、游泳或攀爬的动物来说，视频跟踪的结果很难解释。

传统的视频跟踪只测量二维路径，所以当动物在三维空间移动时，信息就会丢失。如果蚊子直接飞向头顶的摄像机，视频跟踪软件不会测量这种运动。

例如，如果你想研究蚊子是如何利用气味来寻找人类的，或者信息素在吸引毛毛虫破坏庄稼的蝴蝶(如右边的卷心菜白蝴蝶)时的作用，那么研究昆虫的飞行路线与气味羽流之间的关系就是一个重要的工具。

同样，如果你想研究植物如何吸引授粉昆虫，或者用于生物害虫控制的寄生蜂如何寻找它们的宿主，没有什么可以替代在所有三个维度上测量它们的飞行路径。

使用Track3D

Track3D是一种解决方案，它使用标准工具MediaRecorder和EthoVision XT，以及一种特殊的软件工具来创建昆虫飞行路径的3D可视化和统计数据。

在实验过程中，两台摄像机被放置在水箱的不同角度，将昆虫在风洞中的飞行记录到视频文件中。该实验也可以在黑暗中用红外线进行。

然后在EthoVision XT中使用批处理自动处理视频文件。然后将ethvision XT的输出输入Track3D, Track3D创建3D (x, y, z)轨道文件，软件对其进行可视化和分析。

冈比亚疟蚊的气味

风洞里的蚊子轨迹(柱体代表气味羽流)。

Track3D详细

在这个视频中，你可以看到按蚊的飞行路线与气味羽流的关系。

观看视频查看Track3D的更详细分析。

Track3D输出

可视化

你可以在3D可视化中查看你的轨迹，你可以从任何方向旋转，平移和缩放。动物位置的移动可以作为动画回放。您可以将动画导出为电影文件，也可以打印它。在下图中，红色的轨迹是冈比亚按蚊的轨迹，圆锥体表示风洞内气味羽流的位置［5］．

分析

Track3D计算大量的参数，包括:

  • 测量活动的总距离和飞行速度。
  • 搜索行为可以通过弯曲度(考虑所有三个维度)和许多其他路径形状参数来研究，包括角速度、航线(与风速和方向有关)和漂移(由于风引起的3D航向变化)。
  • 与羽流有关的活动(包括羽流周围缓冲区的定义)。
  • 基于位置的行为与3D区域(锥形，长方体和圆柱体)有关。

昆虫飞行研究的风洞系统

对于研究昆虫在视觉和气味刺激下的定向和飞行，风洞是最佳的设置。Noldus提供了一个完整的解决方案，具有高质量和灵活的风洞，优化了Track3D视频跟踪。我们的风洞由跟踪室和气流产生系统组成。

跟踪室

跟踪室由聚碳酸酯制成，顶部为透明壁。黑色的红外吸收墙与红外LED照明器相结合，使得它非常适合在黑暗中跟踪昆虫(前提是昆虫的身体或翅膀反射红外线)。不过，你也可以在白天追踪昆虫。在我们的标准风洞中，跟踪室的尺寸是160 x 60 x 60 cm (LxWxH)，但其他尺寸也是可能的。请更多信息请联系我们．

Track3D windtunnel视图

跟踪室是理想的跟踪昆虫在白天或在黑暗．

气流生产系统

该送风系统由风扇和空气层压膜片组成。您可以设置不同的空气速度，最高可达约。40厘米/秒(空气流量约。450 m3 / h)。多层空气分层膜片，确保空气的速度和方向在整个跟踪室均匀。

系统集成

我们的风洞已经与Track3D的其他组件进行了彻底的测试，即红外LED照明器、视频摄像机和Track3D软件。

Track3D windtunnel风扇

风洞与其他Track3D组件集成在一起。

联系我们

如果您对追踪昆虫(或任何其他三维移动的物体)的Track3D解决方案感兴趣，请与我们联系。

参考文献

[1]回复中NW (2012)昆虫授粉作物，昆虫传粉者和美国农业:1992-2009年期间总数据的趋势分析。《公共科学图书馆•综合》7(5): e37235。doi: 10.1371 / journal.pone.0037235

[２]http://en.wikipedia.org/wiki/Malaria

[3]史密森学会的博客

[4] Lenard Milich(1999)，甲烷在全球变暖中的作用:缓解战略的重点应放在哪里?《环境科学》，9,179-201

［5］Spitzen, J.， Spoor, C.W.， Grieco, F.， ter Braak, C.， Beeuwkes, J.等人(2013)．冈比亚按蚊对人类气味和热响应的飞行行为三维分析。《公共科学图书馆·综合》。8(5),e62995。doi: 10.1371 / journal.pone.0062995

Spitzen, j .;Ponzio c;Koenraadt C.J.M.;贾米特头上,H.V.;Takken。w(2014)。暴露在溴氰菊酯处理过的蚊帐中的疟疾蚊子没有近距离激激驱避效应。美国热带医学与卫生学会，90(6）, 1124 - 1132。


确认

Track3D是与荷兰瓦赫宁根大学Willem Takken教授(昆虫学实验室)和Johan van Leeuwen教授(实验动物学组)的研究小组合作开发的。