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模型测体积法VD有多准确,学界对恐龙体重的认知变化

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用古生物的建模,测得体积,再x设定的密度=体重,这个方法常有质疑是否可靠,本文将一一回顾学术界通过模型体积法推测体重的历程


IP属地:浙江1楼2025-03-14 15:49回复
    先上结论:模型测体积,是比公式法和2d叠图更可靠的方式,学界也一直在沿用,只不过建模对学者来说不那么容易,使用不如公式广泛。而错误的公式则可能导致大量错误数据流行且难被发现,如霸王龙苏低于10吨等。建模不仅能得出更准确的数据,一旦出错也很容易在外观上判断,先给个实例佐证:


    2011年在菲律宾南部南阿古桑省布纳万镇捕获的巨大湾鳄洛龙,实测体重2370磅 也就是1075kg。后期长度实测洛龙顺弯全长6.17米 直线全长6.1米 SPL长2.85米 颅中线长70厘米。数据齐全,是检验各种测量方式的最佳样本,而且纯空腹
    而ja工作室的洛龙模型,体积为1.16立方米 和1.075吨非常接近。洛龙当时被怀疑吃人进行了催吐 基本处于空腹状态 若它再吃几十公斤食物后填充腹内空区 和体积几乎完美匹配。



    IP属地:浙江2楼2025-03-14 15:53
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      模型体积法早在上个世纪初的1905年就开始了。



      美国自然历史博物馆展出的雷龙骨架AMNH 460 是有史以来第一头蜥脚类恐龙装架。当年的蜥脚类被复原成尾巴拖地 屁股抬高的形态。在1905年 连最早的恐龙大片失落的世界1925都还没上映,当时的雷龙被认为生活在水中 就像今天的河马。AMNH 460有较为完整的身体化石 却丢失了头骨 亚当·赫尔曼监督制作完装架后 参考圆顶龙的头骨化石 为雷龙手工雕刻了一个厚实的头骨 看起来像个缝合怪。


      查尔斯奈特为它制作十六分之一大小的石膏模型 摆在雷龙装架的下方 成为最早的16比例手办。William King Gregory选用了查尔斯奈特的模型,将雷龙石膏模型切割成6块 根据阿基米德的原理分别浸入水中 来测算模型的体积 再按一比16等比放大。最终得出 这头老复原雷龙大约31立方米 鉴于当年认为雷龙像河马一样沉入水底行走 在水的基础上将密度增加10% 结论为34吨重。
      基本吻合真实数据,尽管雷龙的复原已经发生了明显变化——只要是叠着骨架认真做的恐龙模型,体积和现代复原也不会差多少。体积法在做准的前提下几乎无可匹敌
      如今的AMNH 460修正版


      IP属地:浙江3楼2025-03-14 15:56
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        体积准了,那么密度呢?
        如今看来雷龙自然不是半水生动物,不过它们巨大的体型确实可能经常泡水里,就像今天的嬉水大象。且沉入河底行走,密度未必能有1.1。如R. T. Bird对德克萨斯足迹的仔细研究表明 在水很深的地方 这些动物不是沿着底部行走 而是漂浮着 用脚轻轻点地借助河床弹起来推动自己前进。在岸边如此巨大和笨拙的河马 在水下变成了真正优雅和敏捷的野兽 如芭蕾舞演员般在湖中跳跃。总体仍和其他陆生脊椎动物一样,密度于1上下。不过密度确实是一个变量,这个后面再谈


        IP属地:浙江4楼2025-03-14 15:59
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          1962年 另一位学者科尔伯特将最早的石膏重建体积方法又升级了——
          他做了一大堆恐龙模型 建造了三个盒子,一个是大型,一个是中型,一个小型。在每个例子中,模型都被放置在盒子里,倾倒沙子,在这个过程中同时敲击盒子,这样沙子就会沉淀下来,填满所有的空间,恐龙模型完全被沙子覆盖,将顶部按平。然后,模型被小心地拿出,保证没有任何沙子溢出。空缺的沙子体积就等于模型的体积。而这些恐龙模型,自然也都是老复原了,当时的霸王龙还是袋鼠站,后求得霸王龙AMNH 5027为7.6吨,这个数据可以说非常有前瞻性了。
          再次证明,叠着骨架认真复原的恐龙,即使外表和现代复原不同,体积也不会有太大的变化。这甚至比现代的皮包骨骨骼图更有参考价值。



          IP属地:浙江5楼2025-03-14 16:02
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            在1985年 亚历山大设计了另一个实验 将恐龙的模型吊着沉入水中 物体在水中和空气中的差值等于它的体积。


            IP属地:浙江6楼2025-03-14 16:04
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              到了1999年 一项重要的测量技术开始应用——摄影测量。沿着骨架的不同位置进行拍摄 共同汇聚到立体上 在P点形成3D图像。进行数字转换后形成重建。是的,扫描模型体积在这么早就出现了,当时的纪录片《与恐龙同行初代》就展现了扫描模型的过程。

              图中的恐龙是长颈巨龙的古早复原 它的体积高达74立方米 几乎有现代复原的1.5倍 70多吨的体重是被极大高估的。恭喜终于有一个古早复原模型爆雷了,这个实在是有点不准。


              IP属地:浙江7楼2025-03-14 16:08
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                柏林博物馆的长颈巨龙 装架高超过13米 是全球最高的恐龙装架。早在20世纪末 它就登上了侏罗纪公园1的大荧幕。1997年 科学家们展现了三个重建模型的叠图 红色是当时最新的长颈巨龙骨骼重建 活体体积37立方 绿色的是BMNH模型 约47立方米 最后一个黄色、尾巴拖地的便是古早复原74立方米 和老版雷龙一样在水底行走。

                这水栖古早版的长颈巨龙躯干侧面过高 和实际骨架无法匹配 体重严重卫星。


                而第一个完完全全贴着骨架做的37立方米 却是明显的低估。能看到它的脖子、尾巴、四肢都是皮贴着骨头 这样复原出来的动物会像广州动物园的湾鳄 在野生环境下活不过一炷香。

                47立方米的艺术模型可能更接近生前体态,加上活体后的效果,一下子粗了一大圈


                IP属地:浙江8楼2025-03-14 16:11
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                  保罗绘制的AMNH 5027皮包骨体积为6.7立方米;BMNH老复原模型体积7.4立方米;Matt B.Smith`s制作的霸王龙MOR 555 体积6.3 立方米。埃雷拉龙PVL 2566重124公斤。牛龙2070公斤。中华盗龙IVPP 10600(右上) 1340公斤
                  这里先排除掉一个——Matt做的555,就以这个抽象的俯视图 以它来测体积显然是不太合理的()先把它踹了。

                  只看霸王龙AMHN 5027,保罗的重建拥有较细的颈部、小腿跟腱,6.7立方米不应为正常体态的数据。老复原袋鼠站的7.4立方米比它靠谱。上世纪很多老复原恐龙虽然做得不像 加活体倒是很勤快,很难找到皮包骨。考虑霸王龙粗壮的脖子和大腿 5027的实际体积可能超过8立方。

                  值得注意的是此时股骨公式等已经流行起来,在更为简便的公式下,模型体积法被公式法代替,开启了地洞时代。这个也很好理解,学者很多都不会建模,如果做出来的是Matt版MOR555这样那确实还不如不做,用公式对他们来说更方便是真的。
                  模型出错非常容易鉴别,比如尾巴细了改尾巴,腰细了改腰。但公式错了还不容易发现,结果是:公式法的苏体重和体积法的5027差不多了()并且这样的数据持续了十几年。


                  IP属地:浙江9楼2025-03-14 16:22
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                    亨德森的数字切片技术(1999)。这种方法将二维重建(左)转换为一个由分段组成的三维虚拟对象 这构成了计算完整重建的体积(右下)的基础。当然这是非常简略的粗模,近年来的面条俯视图也多次爆雷,功过参半吧。

                    由Sellers等人(2012)引入的最小凸包技术。这种方法使用了一个三维点云 通过三维扫描创建 并被分割成不同的解剖区域。为每个区域(底部)确定一个最小凸包 这构成了体积计算的基础。当然这个实在有点难崩,如果动物长这样那已经变成木乃伊了,连皮包骨都不是。


                    IP属地:浙江10楼2025-03-14 16:26
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                      龙爪大佬把号找回来了?


                      IP属地:陕西来自Android客户端11楼2025-03-14 16:27
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                        2019“胖熊周” ——扫描体积测棕熊

                        每年夏天 阿拉斯加棕熊都会回到卡特迈国家公园的布鲁克斯河 逮着迁徙的鲑鱼大吃一斤 为漫长的冬眠做准备。“胖熊周” 是一年一度的活动 旨在庆祝当地熊的惊人腰围、和支持它们生长的阿拉斯加西南部富含卡路里的生态系统。压轴活动是一场在线分组式胖熊吨位大赛 公众投票选出“最胖的熊”。

                        而对这些肥胖棕熊的体重进行估测 官方选用的方式为体积扫描。这项活动成为了展示地面激光扫描 (TLS) 能力的绝佳平台 现代扫描仪使用对眼睛安全的激光 几乎无声运行 不会伤害或打扰正在进食的熊。公园游客的最佳观景点是通往瀑布附近的高架观景台 在附近的木板路上架起扫描仪。TLS 技术不能直接求出体重 它不会窥视身体内部 而是产生3D 模型 然后生物学家需要使用脂肪和水密度的百分比将其转换为重量。在改进的程序下 Cusick 和他的同事对看起来最大的熊进行了多次扫描。通常 每只熊只能扫描一侧 这足以捕捉到熊的大部分身体。扫描中需要包括的熊的最重要的部分是纵向中线和熊的最显著部分——腹部和臀部,每次扫描均在 Trimble RealWorks 中进行处理。他们有时可以在平台上几个小时内扫描多只熊 或多次扫描同一只熊。大多数熊在扫描时距离熊 70 至 110 英尺 因此当光束经过熊时 熊必须保持静止 3 至 11 秒。扫描 点数范围为 10,000 至 40,000。

                        那么 是否有可能使用无人机从上空绕着熊飞行 从而获得熊的整体形状呢?库西克说 由于噪音和干扰 这种做法是不允许的。在保护区内 无人机的使用限制很常见 只有火灾和搜救等紧急情况下才有例外。静态、高精度和高速扫描仪是更好的方案。
                        “胖熊周” 最终胜出冠军熊王747——换算得出体重1416磅 相当于640多公斤 但它的肩高估测只有1.2米多 在大个体棕熊里显得平平无奇 体重都堆在肥肉上。




                        IP属地:浙江13楼2025-03-14 16:32
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                          747的季节性身材变化,哪怕同一个体 体重范围可能是± 15%。成年动物的质量在一年内可以变化三分之一 特别是在季节性脂肪沉积。而熊王747明显是不止15%了。。。


                          IP属地:浙江15楼2025-03-14 16:37
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                            上世纪60年代,学界通过体积法,对多种恐龙已经进行了较有参考价值的体重估测。后来却因为错误的股骨公式流行,反而让恐龙体重集体缩小了,走了几十年弯路。毕竟学者们懂骨学研究,但不一定会建模,如果做了个抽象怪,那还不如公式呢,对大部分学者来说也确实是用公式算更方便,而一旦公式出错那就全歪了。还有另一种方法:GDI。

                            Graphic Double Integration 图像双重整合 GDI属于体积密度法的一种 原理就是把复杂三维体模拟为椭圆柱体 需要动物的正视图和俯视图。椭圆柱体的公式V=πabh V为体积 h为椭圆柱体的高 a为半长轴的长度 b为半短轴的长度 (长轴代表的是椭圆最长的对角线 短轴代表的是椭圆最短的对角线)。将躯干切成若干份计算每段的椭圆 最后全部加起来。而GDI和模型体积法各有优势和缺点。

                            GDI测的往往是根据画师绘制的骨骼图 前提条件:该画师的骨骼图绘制准确 添加活体标准统一,这点很重要。像DAN这类活体添加严重双标的 不建议使用,霸王龙南巨棘龙,三个活体添加全都是不同标准。
                            棘龙基本和难民没区别了,脖子直接缩进去,还把胸腔强行缩窄了。这棘龙身材大概和小河临死前那两天差不多
                            南巨就不用说了,骨骼图错误+肌肉壮汉


                            IP属地:浙江16楼2025-03-14 16:42
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                              而对于一些优质的骨骼图 测量结果大致也是准的 。但假3d总是不如真3d好使,有的比如软骨鱼 连肋笼都没有 也并不适合gdi测量 很难在骨架上确定三视图。而且用骨骼图完全没用了。。。
                              比如巨齿鲨,同样一具椎骨材料,能被复原出上面这个玩意。。这是否叠着骨头做也意义不大

                              而模型体积法的优点是可以精确还原每一处小的转折关系 但如果在网上随意搜索 你大概率能得到一个游戏模型 和实际骨架不符 那就不准了。可以说不准的模型和随便画的骨骼图一样,都是无法帮助还原真实尺寸的


                              IP属地:浙江17楼2025-03-14 16:52
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