计算机在古生物学中的应用.docx

信息技术在古生物中的应用摘要 随着社会的进步和发展，信息技术与其他学科在各方面呈现了越来越多相关联的地方。以古生物学研究为例，近年来，由于频频借助信息技术与古生物的综合手段，传统的、略乏朝气的古生物学研究顿时焕发出勃勃生机。本文对信息技术在古生物方面的运用总结为计算机辅助修复，计算机辅助成图，建立古生物数据库三个方面关键词 信息技术；古生物一计算机辅助修复1.1.研究现状化石复原是古生物研究的一个重要手段,从前古生物复原采用的还是手工方式。复原残缺不全的脊椎动物化石的时候,需要制作骨骼模型,然后手工拼接起来。美国华盛顿的美国国家自然历史博物馆在年发现一具恐龙骨骼化石松动之后,利用先进的电脑数字技术对骨骼化石进行逐块立体扫描、虚拟立体拼接,并借助数字雕刻技术将电脑拼接的恐龙骨骼雕刻成型,据称这是世界上第一只借助电脑技术“科学拼接”出来的恐龙骨骼模型,如图一。 图一电脑复原的恐龙骨骼最近，Haug等在研究寒武纪干群甲壳动物 Goticaris longispinosa 和Cambropachycope clarksoni 的个体发育时，利用电脑软件 Blender 对其个体发育进行了 3D 建模复原，使这两种化石群甲壳动物的基本躯体构型（body plan）得以更清楚的展现。不过他们的文章还是偏向于古生物理论的探讨，3D 复原只是一个辅助工作。本文侧重于 3D 复原的流程，且更多地偏向于艺术的方向，因为即便只想得到用于化石研究的 3D 复原，偏向于艺术方面的技巧始终是难点。 或许非专业人士对这些视觉效果的制作多少会有点陌生和迷茫，但是相信他们能够知道这种制作包含了科学和艺术。尽管 3D 复原难免会有残缺性、不严谨，甚至伪真（如化石的变形）等问题。然而，通过科学家和艺术家的密切配合，依据已有的化石和掌握的相关理论，充分了解古生物的形态、生活环境等信息，这样才能让最终的视觉效果符合实际，趋近于如实还原当时生物的本来面貌。目前阐述这类视觉效果实现的方法和过程的文章毕竟太少，故我们将通过从最基本的方法谈起，向大家阐述复杂视觉效果制作中少部分的关键环节。 作为一种运用，也是一种趋向，如今 3D 复原图像已被越来越多的科技杂志包括自然、科学等顶尖刊物用作补充材料附于正文之后，便于作者将抽象、难于理解的论述赋予生动的图像，深入浅出地介绍给广大读者。作者之一Zhang 等1最近便有这样一尝试。1.2.修复流程与研究意义整个计算机辅助修复流程主要分为：参考图片的制作、建模、雕刻、贴图、造型、动画，几个步骤。上述方法借用了计算机强大的立体造型和拼接功能,能够简单的复原古生物的形态,但是古生物复原的意义远非如此,我们复原古生物最终目的是要通过复原来研究古生物的生物特性,研究当时的自然状况。这涉及复杂的古生物学专业知识,现阶段的相关研究才处于探索阶段。值得一提的是3D 复原是一个软件操作性的工作，非常具体的方法是不固定的，所以许多细节过程（如软件的使用）都不是能用文字一一说明的，这就要求古生物研究者在计算机技术应有足够的理解，才能保证计算机修复过程及结果的科学性和严谨性。另外，所谓的艺术在古生物学上应用的残缺性，指的是化石保存在所难免的不完整性，由破损或完全缺失等因素造成的未知就只能通过前人研究和我们尽量贴近真实的想象来复原。为了复原的真实性，如果参照的某类化石标本越多，就可能看到越多该古生物类群的基本躯体组构及其细节，复原便越趋近实际。二.计算机辅助成图GIS采用先进的计算机图形技术、数据库技术、网络技术及地理信息技术。系统设计采用的是现阶段最新的技术成果，支持远程数据和图纸查询。拥有众多优势功能，将其运用到古生物资料处理和古地理图的绘制中效果显著。所以地理信息系统GIS在古生物的重要性越来越突出2.1.GIS对古生物资料的处理。举例来说，以珊瑚为例，在对一个地区的珊瑚化石深入研究后，将所得的数据整理并导入计算机中，利用GIS的空间查询功能、分析功能、可以清晰的划分珊瑚的种类和具体的地理和地史分布情况。系统能够及时有效的对各阶段各地理位置的珊瑚具体属性进行查询，并且能结合相应的属性特征查询到该特征下的珊瑚化石的演化地理地史分布情况，这将有利于了解属性相同不同时间的分布状况从而知晓珊瑚演化过程中的迁移、扩散、灭绝。2.2GIS对古生物地理学的处理古生物地理学主要将地史中生物分布级演化史作为研究对象，该学科涵盖了古生物地理区的形成因素、迁移、扩散、绝灭等。古生物地理学与GIS的相融，通过地理信息系统构建专门的古生物化石数据库，根据古生物的生态属性明确古地理，具体的古地理能促进生物种类生态习性的形成，如此一来，具体的生态属性就会映射出生物生存时期的具体古地理。三、建立古生物数据库3.1.古生物地层数据库的类型古生物地层数据库的类型划分因为不同的分类标准会产生差异。首先，根据发行和使用方式可以分为单机版和网络版的古生物地层数据库。其中，单机版数据库保密性相对较强，极易适合野外办公人员使用。但是其运行软件和结构相对简单，且能够提供的库容也比较小，大多是以移动单台计算机设计作为基础。就网络版的古生物地层数据库来说，其需要大量的运行空间，这是因为其软件运行复杂且库结构多样。但是，网络版古生物地层数据库具有查询功能丰富和数据量庞大的特点。另一方面，根据古生物的学科分类。古生物地层数据库又可以划分为地层学数据库以及古生物学数据库。前者主要讲地层系统作为基础，展示了现阶段地层学的各种研究成果以及地层划分对比标准。而古生物学数据库主要将化石分类系统作为基础，充分展示化石的演化、收藏、分类以及描述等3.2.数据库建设的意义古生物地层数据库的建设对于古生物地层学设计方面的各项综合数据和研究软件开发都有很大影响。在以往的古生物地层研究过程中，由于部分研究成果无法推广、研究资料收集和整理存在困难，古生物地层学科发展较为缓慢。但是，古生物地层数据库的出现使得大量研究资料、学科数据和技术方法等系统化、科学化和规范化的进行了整理。而且，在我国古生物地层学发展的过程中，古生物地层数据库为各种科研工作、调研工作和野外工作的开展提供了新的突破口、新的技术和起点等。所以，古生物地层数据库的建设涵盖了我国古生物地层学的数据库以及各地质断代，尤其是充实了研究数据和成果，推动了研究发展。古生物地层数据库的建设和研究不仅仅是一项长期而深远的工程，更是古生物地层学发展过程中的重要组成部分之一。所以，加强古生物地层数据库的建设并完善建设内容，能够有效完善我国甚至世界地层表，统一地层划分标准等，最终促进古生物地层学的可持续发展。四讨论与展望所谓信息技术是指信息在获取、加工、存储和应用中所运用的方法以及技术信息技术与教育的结合，都为古生物学开辟了新的方式。笔者认为，若要在有限的研究学习中中既完成传统知识的学习，又要学习新的技术方法，其中困难可想而知。但是随着技术发展，古生物学势必和信息技术结合越来越紧密。与其作壁上观，墨守陈规，不如着手培养具有新技术的下一代新兴力量。只有将眼光放长远，打破传统的教学方式和传统的研究理念，借助于信息技术开发出一个多元化的教学、研究平台，才能与时俱进，保证在学科中的优势并推动古生物学的发展更进一步。总而言之，新技术的运用以及创新人才的培养是一项艰巨而又复杂的系统工程，要在新的思维视域下培养具有前沿技术古生物专业人才。参考文献1Zhang Xi-guang，Andreas Maas，Joachim T Haug，David J Siveter，Dieter WaloszekA eucrustacean metanauplius from the Lower Cambrian JCurrent Biology，2010，20（12）：2陈民敏,孙志亮,宋之琛,黄嫔. 古生物信息查询系统J. 古生物学报,1996,06:766-771.3陶思宇,张喜光. 3D复原应用于古生物学的初探J. 古生物学报,2010,03:413-424.4樊隽轩,陈清,孙冬胜,李双建,孙宗元,张琳娜,杨娇. 利用GBDB数据库与GIS技术绘制高精度古地理图J. 古地理学报,2016,01:115-125.5田树刚,王乃文. 古生物地层数据库建设及其意义J. 中国地质,2005,04:182-188.6陶思宇. 3D复原应用于古生物的初探D.云南大学,2010.7胡涵,曾勇,柯妍,赵莉,吕倩,梁家栋,令狐博. 浅谈GIS在古生物地层学中的应用J. 科技创新导报,2011,17:125.8许惠芳. GIS在古生物地层学中的应用探究J. 科技传播,2014,17:95+107.9曾岸林. 基于Java平台的古生物复原工具的研究D.西安电子科技大学,2005.10张现军,孙柏年. 基于GIS建立古生物化石信息数据库的构想A. 中国古生物学会.中国古生物学会第22届学术年会论文摘要集C.中国古生物学会:,2003:2.11尚庆华. 古生物学中的数据库及中国二叠纪、三叠纪脊椎动物化石数据库的建立A. 中国古生物学会.第九届中国古脊椎动物学学术年会论文集C.中国古生物学会:,2004:7.Application of information technology in paleontologyAbstract with the progress and development of society, information technology and other disciplines in all aspects of the more and more related to the place. As an example, in recent years, due to the frequent use of information technology and the integration of ancient biological means, the traditional, slightly lack of vitality of the ancient biological research immediately glow with vitality. In this paper, the use of information t