D10 Visión Computacional de Formaciones

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Un sistema de cámaras múltiples sincronizadas, combinado con algoritmos de visión computacional, permite reconstruir el movimiento tridimensional de una bandada completa, ave por ave, en vez de describir solamente el comportamiento promedio del grupo. Esta reconstrucción tridimensional del movimiento de la bandada es el método que permite observar directamente el nivel aerodinámico individual y el nivel colectivo de una formación de vuelo, y las anomalías que aparecen cuando esa formación se rompe ante una perturbación externa.

El reto técnico central de este sistema de cámaras múltiples sincronizadas es el seguimiento individual de cada ave dentro de la bandada: una escena con decenas o incluso centenas de aves en movimiento rápido, muchas de ellas parcialmente ocultas detrás de otras en algún instante, exige que los algoritmos de visión computacional puedan seguir la identidad de cada ave de un fotograma al siguiente sin confundirla con sus vecinas.

Los sistemas actuales ya resuelven este reto técnico a una escala considerable: el sistema desarrollado por Cavagna y sus colaboradores, que combina diez cámaras sincronizadas capturando ciento setenta fotogramas por segundo, logra resolver las trayectorias individuales de cada ave en bandadas de hasta dos mil estorninos.

A partir de esas trayectorias individuales de cada ave, el método calcula todas las variables colectivas que el simulador necesita. La primera es la distancia entre vecinos, la separación que cada ave mantiene con las aves más cercanas de la bandada en cada instante, una medida que permite validar directamente cómo cada ave ajusta su posición en función de sus vecinas dentro de la formación de vuelo colectivo.

La segunda variable colectiva es el propio parámetro de orden de Vicsek, la misma magnitud que resume cuán alineadas están las direcciones de vuelo de todas las aves de la bandada en un instante dado: calculado directamente a partir de las trayectorias individuales que entrega este método, el parámetro de orden de Vicsek describe el estado global de la formación de vuelo colectivo en cada momento, sin necesidad de inferirlo indirectamente.

La tercera variable colectiva es la geometría de la V que forman ciertas bandadas, como la de los gansos: midiendo directamente la posición relativa de cada ave respecto a las demás dentro de esa V, el método permite validar si cada ave realmente ocupa la posición óptima respecto al ave que tiene delante, la posición desde la que se beneficia del campo de vorticidad que esa ave genera al volar.

La cuarta variable colectiva es la velocidad de propagación de las perturbaciones a través de la bandada: midiendo cuánto tarda una perturbación que afecta a un ave en llegar a sus vecinas y luego a las vecinas de sus vecinas, el método calcula esa velocidad de propagación directamente de las trayectorias individuales, y en los estorninos esa velocidad de propagación supera la propia velocidad de vuelo individual de cada ave. Esta velocidad de propagación es, precisamente, el indicador diagnóstico de qué tan robusto es el sistema colectivo frente a una disrupción de formación: cuanto más rápido se propaga una perturbación a través de la bandada, más rápido también puede reorganizarse esa misma bandada para recuperar su orden.

Combinando la distancia entre vecinos, el parámetro de orden de Vicsek, la geometría de la V y la velocidad de propagación de perturbaciones, esta reconstrucción tridimensional del movimiento de la bandada, obtenida enteramente a partir del seguimiento individual de cada ave por visión computacional, permite validar de forma directa y sin ambigüedad todas las variables colectivas que describen tanto una formación de vuelo intacta como una que se está recuperando de una disrupción.

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