Comparative assessment of outline-based vs. virtual modeling-based methods to analyze the ammonoid whorl profile
Plain Language Abstract
Ammonoids are extinct cephalopods (marine animals) that possessed an external shell resembling that of the modern Nautilus, but they are more closely related to coleoids (cuttlefish, octopuses, squids). These creatures thrived in ancient oceans for approximately 350 million years, from the Early Devonian to the earliest Paleogene period. The primary fossil evidence for ammonoids is typically their conch, prompting most studies to focus on the analysis of this structure. Given the diverse array of shapes displayed by ammonoid shells, ranging from spiral to intricate uncoiled forms, numerous studies have been conducted to investigate this variability. Researchers have employed various approaches to describe and assess the morphological differences to understand the evolution of their shape. The conch constitutes an elongated (either coiled or uncoiled) conical cylinder that progressively grows in size throughout the organism's lifespan. Thus, this geometrical structure can be studied by analyzing the shape variation of its cross-section (i.e., here whorl profile). In this work, we compare two different methods allowing to study mathematically the shape of the ammonoid whorl profile: the Virtual Modeling Method (VMM) and the Outline-based Method (OBM). We use a random sample of 50 specimens showing a wide range of conch morphologies to test the two methods. We conclude that the two approaches show widely similar results, and both are good methods to study the ammonoid whorl profile. However, the VMM allows to analyze more accurately the shape of a specific zone of the whorl profile (i.e. the imprint zone), while OBM shows more limited performances in this respect.
Arabic
التقييم المقارن لطرق تحليل الشكل الهندسي القائمة على المحيط الخارجي والقائمة على النمذجة الافتراضية لشكل لفات الأمونيت
المؤلفون: دانييل أ. مورون ألفونسو، ونينون أليير، وصامويل جينوت
الملخص: في هذا البحث قارن الباحثون بين طريقتين من طرق تحليل الشكل الهندسي (القائمة على المحيط الخارجي مقابل القائمة على النمذجة الافتراضية) لتحليل شكل لفات الأمونيت. اشتملت البيانات التي تم تحليلها علي 50 شكل للفات للأمونيت لتقييم الطريقتين بمقارنة الاختلافات الشكلية الناتجة. الاختلافات الشكلية الناتجة عند تطبيق تحليل المركبات الاساسية (الاولي والثانية) متسقة في الطريقتين ومتوافقة مع الأنماط المعروفة سابقًا (الأشكال المتوقعة متشابهة). فسرت المركبة الاولي PC1 من 66% إلى 70% من التباين الإجمالي والتي ترتبط بشكل أساسي بدرجة انضغاط الصدفة. بالنسبة لـلمركبة الثانية PC2 يرتبط التباين باستطالة/انضغاط اللفات وبالارتفاع النسبي لمنطقة التداخل بين اللفات. بلغ التباين للمركبتين الرئيسيتين حوالي 88% لطريقة النمذجة الافتراضي وحوالي 94% لطريقة القائمة على المحيط الخارجي. تكمن الاختلافات الرئيسية بين الطريقتين في النهج التي تحددان بها منطقة التداخل. ترتبط التحولات المرتبطة بشكل هذه المنطقة بالمركبة الثالثة PC3 وترتبط بشكل أكثر تحديدا بالشكل والأبعاد الجانبية لجدران السُرة. تسمح طريقة النمذجة الافتراضية بقياس أكثر دقة لشكل منطقة البصمة، بينما تُظهر طريقة المحيط الخارجي أداء محدودا لقياس المنطقة المحددة من شكل اللفات.
الكلمات المفتاحية: تحليل الشكل الهنددسي؛ أمونويت؛ نقاط تحديد الشكل الرئيسية والثانوية؛ المحيط الخارجي
ترجمة: د./ أحمد عوض عبد الهادي (كلية العلوم - جامعة المنيا)
Translator: Ahmed Awad Abdelhady
Chinese
In progress
Translator: Chenyang Cai. Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, Chinese Academy of Sciences
Deutsche Zusammenfassung
Vergleichende Bewertung von Outline-basierten vs. virtuelle Modellierung-basierten Methoden zur Analyse des Windungsprofils von Ammonoideen
Wir vergleichen zwei geometrisch-morphometrische Methoden (Outline-basiert vs. virtuelle Modellierung-basiert), mit dem Ziel die Form des Windungsprofils (in früheren Beiträgen als Wirtelquerschnittsform bezeichnet) von Ammonoideen zu analysieren. Zur Bewertung beider Ansätze wird ein Datensatz mit 50 Windungsprofilen von Ammonoideen verwendet und die daraus resultierenden Morphospaces werden verglichen. Die von PC1 und PC2 dargestellten morphologischen Variationen sind methodenübergreifend konsistent und stimmen mit zuvor berichteten Mustern überein (die vorhergesagten Morphologien sind ähnlich). Die Ergebnisse von PC1 erfassen zwischen 66 % und 70 % der Gesamtvarianz, während die Achse eine hohe Korrelation mit der morphologischen Veränderung und dem Grad der Gehäusekompression aufweist. Bei PC2 ist die Variation mit der Dehnung/Kompression des Windungsprofils und mit der relativen Höhe der Imprint-Zone (Grad der Windungsüberlappung) assoziiert. Die Variation, die sich aus den ersten beiden Hauptkomponenten zusammensetzt, beträgt ca. 88 % für die Methode der virtuellen Modellierung (VMM) und ca. 94 % für die Outline-basierte Methode (OBM). Die Hauptunterschiede zwischen den beiden Ansätzen liegen in der Art der Quantifizierung der Imprint-Zone. Die Transformationen, die mit der Form dieser Region verbunden sind, hängen mit PC3 zusammen und sind spezifischer mit der Form und den seitlichen Abmessungen der Nabelwände verbunden. VMM ermöglicht eine genauere Quantifizierung der Form der Imprint-Zone, während OBM bei der Quantifizierung dieser spezifischen Zone des Windungsprofils eine geringere Leistung zeigt.
Schlüsselwörter: geometrisch; Morphometrik; Ammonoiden; Landmarks; Semilandmarks; Outline
Translator: Eva Gebauer
Resumen en Español
Evaluación comparativa del Método Basado en Contornos frente al Método Basado en Modelado Virtual para analizar el contorno de la vuelta de los amonoideos
En este informe, comparamos dos métodos morfo-geométricos: el Método Basado en Contornos (OBM) y el Método Basado en Modelado Virtual (VMM), con el objetivo de analizar la forma del contorno de la vuelta de los amonoideos (designada como la forma de la sección transversal de la vuelta en contribuciones previas). Para ello, se utiliza un conjunto de datos que incluye 50 contornos de amonoideos, con los cuales se evalúan ambos enfoques y se comparan los morfoespacios resultantes. Las variaciones morfológicas representadas por PC1 y PC2 son consistentes entre los métodos evaluados y congruentes con patrones reportados previamente. PC1 abarca entre el 66% y el 70% de la varianza total; a lo largo de este eje, la transformación morfológica está principalmente asociada con el grado de compresión de la conchilla. Para PC2, la variación se relaciona con la elongación/comprensión de la vuelta y con la altura relativa de la zona de impresión (grado de superposición de la vuelta). La variación resumida por los dos primeros componentes principales es aproximadamente del 88% para el VMM y del 94% para el OBM. Las principales diferencias entre los dos enfoques radican en la forma en que cuantifican la zona de impresión. Las transformaciones asociadas con la forma de esta región están relacionadas con PC3 y se vinculan más específicamente a la forma y dimensiones laterales de las paredes umbilicales. El VMM permite una cuantificación más precisa de la forma de la zona de impresión, mientras que el OBM muestra un rendimiento más limitado para cuantificar esta región específica.
Palabras clave: morfometría geométrica; amonita; Ammonoida; marcadores; semimarcadores; contorno
Traducción: Authors
Résumé en Français
Évaluation comparative des méthodes basées sur les contours et sur la modélisation virtuelle pour analyser le profil d’enroulement des ammonoïdes
Dans ce rapport, nous comparons deux méthodes morphométriques géométriques (basées sur les contours et sur la modélisation virtuelle) visant à analyser la forme du profil d’enroulement d'ammonoïde (désignée comme la forme de la ‘section transversale d’enroulement’ dans les contributions précédentes). Un ensemble de données comprenant 50 profils d’enroulement d'ammonoïdes est utilisé pour évaluer les deux approches, et les morphospaces résultants sont comparés. Les variations morphologiques décrites par PC1 et PC2 sont cohérentes d'une méthode à l'autre et correspondent aux modèles précédemment rapportés (les morphologies prédites sont similaires). Le PC1 capture de 66% à 70% de la variance totale ; le long de cet axe, la transformation morphologique est principalement associée au degré de compression de la coquille. Pour la PC2, la variation est associée à l'allongement/la compression du profil d’enroulement et à la hauteur relative de la zone d'empreinte (degré de chevauchement de l’enroulement). La variation résumée à travers les deux premières composantes principales est d'environ 88% pour la méthode de modélisation virtuelle (VMM) et d'environ 94% pour la méthode basée sur les contours (OBM). Les principales différences entre les deux approches résident dans la manière dont elles quantifient la zone d'empreinte. Les transformations associées à la forme de cette région sont liées à la PC3 et sont plus spécifiquement liées à la forme et aux dimensions latérales des parois ombilicales. La VMM permet une quantification plus précise de la forme de la zone d'empreinte, alors que l'OBM montre des performances plus limitées pour quantifier cette zone spécifique du profil d’enroulement.
Mots clés : géométrie ; morphométrie ; ammonoïde ; points de repère ; Semi-landmarks ; contour
Translator: Vincent Perrier, Maître de Conférences Université Lyon 1
Greek
Συγκριτική αξιολόγηση μεθόδων που βασίζονται σε περίγραμμα έναντι εικονικής μοντελοποίησης για την ανάλυση του προφίλ αμμωνοειδούς στρόβιλου
Σε αυτήν την αναφορά συγκρίνουμε δύο μεθόδους γεωμετρικής μορφομετρίας (βασισμένη σε περίγραμμα έναντι εικονικής μοντελοποίησης) με στόχο την ανάλυση του σχήματος του προφίλ ενός αμμωνοειδούς στρόβιλου (που χαρακτηρίστηκε ως σχήμα διατομής στροβιλισμού σε προηγούμενες εργασίες). Χρησιμοποιείται ένα σύνολο δεδομένων που περιλαμβάνει 50 προφίλ αμμωνοειδών στροβιλισμού για την αξιολόγηση των δύο προσεγγίσεων και συγκρίνονται τα μορφοδιάστημα που προκύπτουν. Οι μορφολογικές παραλλαγές που απεικονίζονται από τα PC1 και PC2 είναι συνεπείς μεταξύ των μεθόδων και συνάδουν με τα προηγούμενα αναφερθέντα πρότυπα (οι προβλεπόμενες μορφολογίες είναι παρόμοιες). Το PC1 καταγράφει από 66% έως 70% της συνολικής διακύμανσης. Κατά μήκος αυτού του άξονα ο μορφολογικός μετασχηματισμός συνδέεται κυρίως με το βαθμό συμπίεσης της κόγχης. Για το PC2, η διακύμανση σχετίζεται με την επιμήκυνση/συμπίεση του προφίλ περιστροφής και με το σχετικό ύψος της ζώνης αποτύπωσης (βαθμός επικάλυψης στροβιλισμού). Η διακύμανση που συνοψίζεται στα δύο πρώτα κύρια στοιχεία είναι περίπου 88% για τη μέθοδο εικονικής μοντελοποίησης (VMM) και περίπου 94% για τη μέθοδο που βασίζεται σε περίγραμμα (OBM). Οι κύριες διαφορές μεταξύ των δύο προσεγγίσεων έγκεινται στον τρόπο με τον οποίο ποσοτικοποιούν τη ζώνη αποτύπωσης. Οι μετασχηματισμοί που σχετίζονται με το σχήμα αυτής της περιοχής σχετίζονται με το PC3 και συνδέονται πιο συγκεκριμένα με το σχήμα και τις πλευρικές διαστάσεις των ομφαλικών τοιχωμάτων. Το VMM επιτρέπει μια πιο ακριβή ποσοτικοποίηση του σχήματος της ζώνης αποτύπωσης, ενώ το OBM εμφανίζει πιο περιορισμένες επιδόσεις για την ποσοτικοποίηση αυτής της συγκεκριμένης ζώνης του προφίλ περιστροφής.
Λέξεις-κλειδιά: γεωμετρική, μορφομετρία, αμμωνοειδές, ορόσημα, ημι-ορόσημα, περίγραμα
Translator: Evangelos Vlachos
Polski
Ocena porównawcza metod opartych na zarysie i modelowaniu wirtualnym w celu analizy profilu zwoju amonitów
W tym raporcie porównujemy dwie geometryczne metody morfometrii (oparte na zarysie i oparte na modelowaniu wirtualnym) mające na celu analizę kształtu profilu zwoju amonitów (oznaczonego jako kształt przekroju poprzecznego zwoju w poprzednich artykułach). Zestaw danych obejmujący 50 profili zwojów amonitów jest używany do oceny dwóch podejść, a powstałe morfoprzestrzenie są porównywane. Zmianę morfologiczną przedstawioną przez PC1 i PC2 można uzyskać we wszystkich metodach i są one zgodne z wcześniej zgłoszonymi wzorcami (przewidywane morfologie są podobne). PC1 obejmuje od 66% do 70% całkowitej wariancji; wzdłuż tej osi transformacja morfologiczna jest głównie związana ze stopniem kompresji muszli. W przypadku PC2 zmienność jest związana z wydłużeniem/ściśnięciem profilu zwoju i ze względną wysokością strefy odcisku (stopień nakładania się okółka). Zmienność podsumowana w pierwszych dwóch głównych składnikach wynosi około 88% dla metody modelowania wirtualnego (VMM) i około 94% dla metody opartej na zarysie (OBM). Główne różnice między tymi dwoma podejściami leżą w sposobie, w jaki mierzą one strefę odcisku. Transformacje związane z kształtem tego obszaru są związane z PC3 i są bardziej szczegółowo powiązane z kształtem i wymiarami bocznymi ścian pępka. VMM umożliwia dokładniejszą kwantyfikację kształtu strefy odcisku, podczas gdy OBM wykazuje bardziej ograniczone możliwości kwantyfikacji tej konkretnej strefy profilu okółka.
Słowa kluczowe: geometria; morfometria; amonity; landmarki; półpunkty Semilandmarki; zarys
Translator: Krzysztof Stefaniak
Russian
Сравнительная оценка контурного метода и метода виртуального моделирования при анализе профиля оборота аммонитов
В работе мы сравниваем два метода геометрической морфометрии (основанный на контуре и основанный на виртуальном моделировании), направленных на анализ формы профиля оборота аммонитов (обозначенной как форма поперечного сечения оборота в предыдущих работах). Набор данных, включающий 50 профилей оборотов аммонитов, используется для оценки двух подходов, и сравнения полученных морфопространств. Морфологические вариации, выявленные вдоль PC1 и PC2, согласованы между методами и соответствуют ранее описанным образцам (предсказанные морфологии схожи). PC1 описывает от 66% до 70% общей дисперсии; вдоль этой оси морфологическая трансформация в основном связана со степенью сжатия раковины. Для PC2 вариация связана с удлинением/сжатием профиля оборота и с относительной высотой зоны перекрытия оборотов (степень перекрытия оборотов). Изменение, суммированное по первым двум основным компонентам, составляет около 88% для метода виртуального моделирования (VMM) и около 94% для метода на основе контуров (OBM). Основные различия между двумя подходами заключаются в способе количественной оценки зоны перекрытия оборотов. Преобразования, связанные с формой этой области, связаны с PC3 и более конкретно связаны с формой и поперечными размерами стенок пупка. VMM позволяет более точно количественно оценить форму зоны перекрытия оборотов, в то время как OBM демонстрирует более ограниченные возможности для количественной оценки этой конкретной зоны профиля завитка.
Ключевые слова: геометрическая морфометрия; аммониты; ландмарки; полуметки; контур
Translator: Leonid Voyta
Ukrainian
Порівняльна оцінка методів аналізу на основі контурів та методів на основі віртуального моделювання профілю завитка амоноїдів
У цьому звіті ми порівнюємо два методи геометричної морфометрії (на основі контуру та на основі віртуального моделювання), спрямовані на аналіз форми профілю завитка амоноїдів (позначеного як форма поперечного перерізу завитка у попередніх дописах). Набір даних, що включає 50 профілів завитка амоноїдів, було використано для оцінки двох підходів, а отримані морфопростори порівнювалися між собою. Морфологічні варіації (PC1 і PC2) узгоджуються за методами та збігаються з раніше повідомленими моделями (прогнозовані морфології подібні). PC1 охоплює від 66% до 70% загальної дисперсії; уздовж цієї осі морфологічна трансформація в основному пов’язана зі ступенем стиснення раковини. Для PC2 варіація пов’язана з подовженням/стисненням профілю завитка та з відносною висотою зони відбитка (ступінь перекриття). Варіації, підсумовані між першими двома основними компонентами, становлять близько 88% для методу віртуального моделювання (VMM) і близько 94% для методу на основі контуру (OBM). Принципові відмінності між двома підходами полягають у способі кількісного визначення зони відбитка. Перетворення, пов’язані з формою цієї області, пов’язані з PC3 і більш конкретно – з формою та бічними розмірами стінок устя. VMM дозволяє точніше кількісно визначити форму зони відбитка, тоді як OBM показує більш обмежені характеристики для кількісного визначення цієї конкретної зони профілю завитка.
Ключові слова: геометрична морфометрія; амоноїд; лендмарки; семілендмарки; контур.
Translator: Oleksandr Kovalchuk
