生物学、芸術、計算を組み合わせた海洋哺乳類のデータ駆動型アニメーション

生物学、芸術、計算を組み合わせた海洋哺乳類のデータ駆動型アニメーション テクノロジー
©Jessica Kendall-Bar

画像:アニメーションビデオでは、複数のデータを同時に表示することができます。この画像は、タグを付けたゾウアザラシのデータをもとにしたビデオの一例です。

データ可視化のための新しいツールにより、動物に取り付けられたタグから得られたデータを、映画のような情報満載の海洋哺乳類の行動アニメーションに変換することができます。

カリフォルニア大学サンタクルーズ校で生態学・進化生物学を専攻する大学院生のJessica Kendall-Bar氏は、フリーランスのアーティストとして活動を始め、自分のアートとサイエンスをより意図的に融合させる方法を考え始めました。

それから4年後、科学者が研究成果を伝えるためのアニメーション制作に取り組んだ結果、動物の行動をデータに基づいてリアルに表現するための強力なツールと手順を開発することができました。

今年のIEEE Visualization Conference(10月24日~29日)で発表された論文で、Kendall-Bar氏は、これらのアニメーションが、科学者が他の科学者や一般市民に研究成果を伝えるだけでなく、データの意味を理解するのにも役立つことを示しました。

「3次元のモデルにデータをアニメーション化することで、複数の異なるデータストリームを同時に表示することができます。これにより、データの重要なパターンを簡単かつ迅速に認識することができます。」と述べています。

何十年もの間、海洋哺乳類の研究者たちは、ますます高性能になったタグを使って動物を追跡し、その動きや潜水行動を記録したり、ビデオを撮影したり、さらには心拍数などの生理的データを記録したりしてきました。

Kendall-Bar氏の論文研究では、野生の海洋哺乳類の睡眠をモニタリングするための新しい技術を探求しています。

2019年、彼女は科学会議でザトウクジラの摂食行動に関するプレゼンテーションを見た研究者に、アニメーションの制作を申し出ました。

「海底で3頭のクジラが協力して餌を食べている壮大な映像を持っていましたが、何をしているのかを分かりづらかったです。何百人もの人々が、目を細めたり首をかしげたりして、ビデオの中で何が起こっているのかを解読しようとしていました。」と彼女は振り返ります。

彼女がクジラの研究者であるNOAA(アメリカ海洋大気庁)の科学者David Wiley氏(ステルワーゲンバンク国立海洋保護区)のために制作したアニメーションは、ザトウクジラの摂餌行動をビデオよりも鮮明に映し出しているだけでなく、科学的に正確な行動をする餌魚の群れをシミュレートしたり、ロブスター漁のかごのロープレス(ロープを使用しない)技術によってクジラが絡みつくリスクを低減できることを示しています。

その後のプロジェクトでは、データに基づいたアニメーションの使い方がますます洗練されてきました。

アニメーションビデオの開発は、データの主な特徴をもとに、対象となる読者や求める結果を考慮して、ストーリーボードとスクリプトを作成することから始まります。

アニメーションビデオの開発は、データの主な特徴をもとに、対象となる読者や求める結果を考慮して、ストーリーボードとスクリプトを作成することから始まります。©Jessica Kendall-Bar

Kendall-Bar氏は、カリフォルニア大学サンフランシスコ校の生態学・進化生物学のRoxanne Beltran助教授と共同で、メスのゾウアザラシが7カ月間の採餌の過程で活動パターンがどのように変化するかを示すアニメーションを開発しました。

Skinny seals sacrifice safety for sustenance

Beltran氏は、「原稿を作成する際、彼女の芸術的なスキルのおかげで、私たちのデータセットをまったく新しい視点から見ることができました。ビッグデータの時代には、アートとサイエンスのクロスオーバーがもっと必要です。ビッグデータの時代には、アートとサイエンスの融合が必要です。」と語り、このアニメーションは、Twitterで10万回以上再生され、論文を世間に広めることに貢献したと述べています。

もう一つのゾウアザラシの動画は、モスランディング海洋研究所のGitte McDonald氏とカリフォルニア大学サンタクルーズ校の海洋科学研究所の所長Daniel Costa氏と共同で開発しました。

この3Dアニメーションは、ゾウアザラシが潜水する際の遊泳行動と心拍数を視覚化したもので、ゾウアザラシの重要な捕食者であるシャチの鳴き声による恐怖反応を示しています。

4つ目のアニメーションは、カリフォルニア大学サンフランシスコ校のTerrie Williams教授(生態学・進化生物学)が行ったイッカクの研究に基づくものです。

このアニメーションは、東グリーンランドで網に絡まっていたイッカクを解放した後の泳ぎ方と心拍数を示しており、急速な泳ぎの際に心拍数が非常に低くなるというイッカクの逆説的な恐怖反応を強調しています。

「これらの4つのプロジェクトでは、データをナレーション付きのアニメーションに統合し、他の科学者や一般市民、政策立案者、保護の成果に貢献する人など、特定の視聴者に届くようにデザインしました。」とKendall-Bar氏は述べています。

ザトウクジラの協力的な摂食行動を示すアニメーション動画の画像。

ザトウクジラの協力的な摂食行動を示すアニメーション動画の画像。©Jessica Kendall-Bar

今回の共同研究には、海洋哺乳類の研究者に加えて、データの可視化を専門とするジャックバスキン工学部のコンピュテーショナル・メディア准教授、Angus Forbes氏も参加しました。

Forbes氏は、「彼女のデータに基づいたアニメーションは、科学的な結果を効果的に伝え、その結果を得るまでの多くのステップを理解させてくれます。新しい形のビジュアルコミュニケーションに関する彼女の研究は、学際的なプロジェクトに取り組む科学者に有益であり、一般の人々との関わりを深めるのにも役立ちます。」と語ります。

Kendall-Bar氏は、グラフィックデザイン、アニメーション、その他のビジュアルコミュニケーションツールの使用に関心のある科学者のために、オープンソースのコードリポジトリ、ステップバイステップのチュートリアルやワークショップを提供するオンライン学習センターを設立しました。

また、カリフォルニア大学サンタクルーズ校では、OpenLab Networkやアート学部、計算メディア学部の教員と協力して、データビジュアライゼーションのワークショップやコースの指導を行っています。

「映画産業はアニメーションのための強力なツールを開発しましたが、私たちは科学のためにそのツールを活用すべきです。これらのアニメーションは、生物学者、アーティスト、コンピュータ科学者を結びつけ、それぞれの分野を発展させる学際的なコラボレーションを実現しています。私たちはもっと頻繁に協力すべきだと思います。」

Published by University of California – Santa Cruz. Visualizing Life in the Deep: A Creative Pipeline for Data-Driven Animations to Facilitate Marine Mammal Research, Outreach, and Conservation. ieeevis.b-cdn.net/vis_2021/pdfs/a-visap-1031.pdf