Validace metod virtuální restaurace a rekonstrukce v kosterní antropologii

Variant title
Validating virtual restoration and reconstruction procedures in physical anthropology
Source document: Studia archaeologica Brunensia. 2016, vol. 21, iss. 2, pp. 139-162
Extent
139-162
  • ISSN
    1805-918X (print)
    2336-4505 (online)
Type: Article
Language
Czech
License: Not specified license
Abstract(s)
Antropologická analýza lidských kosterních nálezů je podmíněná jejích celistvostí a úplností. Často je kosterní nález předáván k antropologickému zpracování ve fragmentárním, nekompletním anebo deformovaném stavu a před zhodnocením je třeba jej zrestaurovat či zrekonstruovat. Moderní počítačové metody umožňují neúplné kosterní nálezy virtuálně restaurovat a rekonstruovat a výsledný virtuální model podrobit odbornému zkoumání s počítačovou podporou. V této studii byly kvantifikovány rozdíly, které do antropologického zpracování vnáší restaurační a rekonstrukční postupy. Digitální 3D modely lidských lebek upravené virtuálními postupy byly srovnány mezi dvěma odborníky i v rámci každého z nich. Získané výsledky naznačují, že se zvyšující se náročností virtuální restaurace se zvyšují i rozdíly mezi modely, které vytvořili odlišní hodnotitelé. Na výsledky virtuálních postupů má současně negativní vliv velikost lomných ploch úlomků, které jsou k sobě během restaurace přikládány.
Anthropological examination of skeletal remains requires complete bones without compromised integrity. Yet, human skeletal remains are frequently uncovered fragmented, incomplete and/or distorted. In order to utilize standard methods the employment of a restoration or reconstruction technique becomes the first step. Recently, advances made in digital technologies gave origin to virtual restoration and reconstruction approaches. In the present paper, reliability of virtual restoration and reconstruction procedures was tested in order to quantify intra- and inter-operator error. The acquired results showed that for restored models the inter-operator differences increased with the complexity of the virtual restoration procedure. Furthermore, the results were shown to be affected by the size of the complementary contact walls used to virtually re-assemble the fragmented bones.
Summary language
Note
  • Studie vznikla s finanční podporou projektů "Optimalizace metod pro bezkontaktní hodnocení tělesných znaků člověka" (MUNI/A/1281/2014) a "Rozvoj analytických nástrojů pro studium tělesných znaků člověka se zaměřením na analýzu dynamiky pohybu" (MUNI/A/1379/2015).
Document
References:
[1] Arbour, V. – Currie, P. 2012: Analyzing taphonomic deformation of Ankylosaur skull using retrodeformation and Finite element Analysis, PLoS ONE 7 (6), e39323. | DOI 10.1371/journal.pone.0039323

[2] Ascenzi, A. – Mallegni, F. – Manzi, G. – Segre, A. – Segre Naldini E. 2000: A re-apprasial of Ceprano calvaria affinities with Homo erectus, after the new reconstruction, Journal of Human Evolution 39(4), 443–450. | DOI 10.1006/jhev.2000.0425

[3] Benazzi, S. – Stansfiels, E. – Kullmar, O. – Fiorenza, L. – Gruppioni, G. 2009a: Geometric morphometric methods for bone reconstruction: The Mandibular Condylar process of Pico della Mirandola, The Anatomical Record 292, 1088- 1097.

[4] Benazzi, S. – Stansfiels, E. – Milani, C. – Gruppioni, G. 2009b: Geometric morphometric methods for three-dimensional virtual reconstruction of a fragmented cranium: the case of Angelo Poliziano, International Journal of Legal Medicine 123, 333–344. | DOI 10.1007/s00414-009-0339-6

[5] Benazzi, S. – Fantini, M. – De Crescenzio, F. – Mallegni, G. – Mallegni, F. – Persiani, F. – Gruppioni, G. 2009c: The face of the poet Dante Alighieri reconstructed by virtual modelling and forensic anthropology techniques, Journal of Archaeological Science 36, 278–283. | DOI 10.1016/j.jas.2008.09.006

[6] Benazzi, S. – Bookstein, F. – Strait, D. – Weber, G. 2011: A new OH5 reconstruction with an assessment of its uncertainty, Journal of Human Evolution 61, 75–88. | DOI 10.1016/j.jhevol.2011.02.005

[7] Besl, P. J. – McKay, N. D. 1992: A Method for Registration of 3-D shapes, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 14, 239–256. | DOI 10.1109/34.121791

[8] Curnoe, D. – Tobias, P. 2006: Description, new reconstruction, comparative anatomy, and classification of the Sterkfontein Stw 53 cranium, with discussion about the taxonomy of other southern African early homo remains, Journal of Human Evolution 50(1), 36–77. | DOI 10.1016/j.jhevol.2005.07.008

[9] Fantini, M. – de Crescenzio, F. – Persiani, F. – Benazzi, S. – Gruppioni, G. 2008: 3D restitution, restoration and prototyping of medievel damaged skull, Rapid Prototyping Journal 14, 318–324. | DOI 10.1108/13552540810907992

[10] Grine, F. – Gunz, P. – Betti-Nash L. – Neubauer, S. – Morris, A. 2010: Reconstruction of the late Pleistocene human skull from Hofmeyr, South Africa, Journal of Human Evolution 59, 1–15. | DOI 10.1016/j.jhevol.2010.02.007

[11] Gunz, P. – Mitteroecker, P. – Bookstein, F. – Weber, G. 2004: Computer aided reconstruction of incomplete human crania using statistical and geometrical estimation methods. Enter the past: Computer applications and quantitative methods in archaeology, 96–98. Oxford.

[12] Gunz, P. 2005: Statistical and geometrical reconstruction of hominid crania: reconstructing australopithecine ontogeny, Ph.D. Dissertation, University of Vienna.

[13] Gunz, P. – Mitteroecker, P. – Neubauer, S. – Weber, G. – Bookstein, F. 2009: Principles for the Virtual reconstruction of hominid crania, Journal of Human Evolution 57, 48–62. | DOI 10.1016/j.jhevol.2009.04.004

[14] Gunz, P. – Neubauer, S. – Maureille, B. – Hublin, J.- J. 2011: Virtual reconstruction of Le Moustier 2 newborn skull. Implications for Neandertal ontogeny, PALEO 22, 155–172.

[15] Chalás, I. – Urbanová, P. – Kotulanová, Z. – Jandová, M. – Králík, M. – Kozlíková, B. – Sochor, J. 2014: Forensic 3D facial identication software (FIDENTIS). Software, Masaryk University

[16] Jandová, M. – Šplíchalová, I – Urbanová, P. 2015: Aplikace metod virtuální antropologie při určování pohlaví u archeologických kosterních nálezů, Studia archeologica Brunensia 20(1), 181–201.

[17] Jantz, R. – Ousley S. 2005: FORDISC 3: Computerized Forensic Discriminant Functions. Version 3.0. The University of Tennessee, Knoxville.

[18] Jurda, M. 2016: osobní sdělení, 3.10.2016.

[19] Jurda, M. – Urbanová, P. – Králík, M. 2013: The Post-Mortem Pressure Distortion of Human Crania Uncovered in an Early Medieval Pohansko (Czech Republic) Graveyard, International Journal of Osteoarchaeology, USA/UK: John Wiley and Sons, Ltd., DOI 10.1002/oa.2321 |

[20] Jurda, M. – Urbanová, P. 2016: Sex and Ancestry Assessment of Brazilian Crania using Semi-automatic Mesh Processing Tools, Legal Medicine 23, 34–43. | DOI 10.1016/j.legalmed.2016.09.004

[21] Mafart, B. – Guipert, G. – Alliez-Philip, C. – Brau, J.-J. 2007: Virtual reconstitution and new palaeopathological study of the Magdalenian child's skull of Rochereil, Comptes Rendus Palevol 6, 569–579. | DOI 10.1016/j.crpv.2007.09.019

[22] Neubauer, S. – Gunz, P. – Mitteroecker, P. – Weber, G. 2004: Three-dimensional digital imaging of the partial Australopithecus africanus endokranium MLD 37/38, Canadian Association of Radiologists 55, 271–278.

[23] Neubauer, S. – Gunz, P. – Weber, G. – Hublin, J.-J. 2012: Endocranial volume of Australopithecus africanus: New CT-based estimates and the effects of missing data and small sample size, Journal of Human Evolution 62, 498–510. | DOI 10.1016/j.jhevol.2012.01.005

[24] Ogihara, N. – Nakatsukasa, M. – Nakano, Y – Ishida, H. 2006: Computerized Restoration of Nonhomogeneous Deformation of a Fossil Cranium Based on Bilateral Symmetry, American Journal of Physical Anthropology 130, 1–9. | DOI 10.1002/ajpa.20332

[25] Ponce de León, M. 2002: Computerized paleoanthropology and Neanderthals: The case of Le Moustier 1, Evolutionary Anthropology 1, 68–72.

[26] Rohlf, F. J. 2005: NTSYS-pc: Numerical Taxonomy and Multivariate Analysis System Version 2.2. New York: Exeter Publishing Ltd.

[27] Sedláčková, L. 2013: Předběžné hlášení o provedení záchranného archeologického výzkumu "Bytový dům Vídeňská, II. Etapa, Brno". Předběžná nálezová zpráva je uložená v archivu společnosti Archaia Brno o.p.s..

[28] Slice, D. E., 2005: Modern morphometrics. In: Dennis E. SLICE, ed. Modern morphometrics in physical anthropology. New York: Kluwer Academic Publishers-Plenum Publishers, s. 1–45 [vid. 2016–02– 07]. ISBN 978–0–306–48697–5. http://link.springer.com/10.1007/0–387–27614–9_1

[29] Walrath, D. – Turner, P. – Bruzek, J. 2004: Reliability test of the Visual Assessment of Cranial Traits for Sex Determination, AJPA, 125, str. 132–137. | DOI 10.1002/ajpa.10373

[30] Weber, G. – Bookstein, F. 2011: Virtual anthropology. A guide to a new interdisciplinary field. Wien.

[31] Wei, Y. – Maoqing, L. – Xin, L. 2012: Fragmented skull modeling using heat kernel, Graphical Models 74, 140–151. | DOI 10.1016/j.gmod.2012.03.011

[32] White, T. – Suwa, G. – Simpson, S. – Asfaw, B. 2000: Jaws and teeth of Australopithecus afarensis from Maka, Middle Awash, Ethiopia, American Journal of Physical anthropology 111 (1), 45–68.

[33] White, T. – Black, M. – Folkens, P. 2012: Human Osteology. Third Edition. San Diego.

[34] Zelditch, M. L. – Swiderski, D. L. – Sheets, H. D. – Fink W. L. 2004. Geometric Morphometrics for Biologists: A Primer. San Diego.

[35] Zhou, B. – Willis, A. – Yunfeng, S. – Anderson, D. D. – Brown, T. D. – Thomas, T. P. 2009a: Virtual 3D bone fracture reconstruction via inter-fragmentary surface alignment. 2009 IEEE 12th International Conference on Computer Vision Workshops:1809–1816.161

[36] Zhou, B. – Willis, A. – Sui, Y. 2009b: Improving inter-fragmentary alignment for virtual 3D reconstruction of highly fragmented bone fractures, Proc. SPIE 7259, Medical Imaging 2009: Image Processing, 725934 (27 March 2009), 1–9, DOI 10.1117/12.810967. |

[37] http:graphics.idav.ucdavis.edu/research/projects/EvoMorph, online 14.12.2015

[38] http:www.amira.com, online 10.11.2015

[39] http:www.gom.com, online 10.11.2015

[40] http:www.exetersoftware.com/cat/ntsyspc/ntsyspc.html 18.12.2015