数字化技术在古生物化石开发利用中的应用研究

摘  要：古生物化石中蕴藏着自然世界万物造化的天然信息密码，具有重要的科学、艺术、历史价值。该文主要探讨在信息化技术飞速发展的浪潮下，如何利用先进的信息技术为古生物学的发展提供科学和先进的方法与手段，助推化石的准确鉴定、快速查找、深入研究与科普推广。

关键词：化石  数字化  GIS  本体  VR

中图分类号：Q911.2;TP399-C8    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（b）-0008-02

古生物化石是指保存在地层中的地质时期的古生物遗体、遗骸及其活动遗迹、遗物的总称[1]。古生物化石保存着大量的珍贵信息，揭示了生物的起源、发展和演变方面的重要规律信息，具备重要的科研价值。化石在地层划分与对比研究、古地理和古气候的研究以及油气资源、沉积矿产的研究方面有着极其重要的意义。我国目前已发现发掘出土大量的古生物化石，如何进一步挖掘、保护与利用这些宝贵遗产成为目前的重要议题。作为一种不可再生资源，古生物化石的价值越来越被国家、科研人员和普通大众所重视。

计算机和网络信息技术的迅猛发展，为古生物化石资料的保存与开发利用提供了一种数字化的新思路。化石标本数字化是化石标本物理保护的一种重要补充，通过对化石资料进行数字化转换、存储与加工处理，不仅可以扩大化石资料的受众范围、保障化石资料信息的长期可获取性，同时可以借助数字化研究技术对化石资源进行综合分析与价值挖掘，实现对古生物化石资料的深度开发研究。在这个信息技术高速发展的时代，将古生物化石研究与数字信息化结合起来是时代发展的必然趋势。

1  化石资料的数字化

数字化是指，将物理形态存在的文字、符号、图像等信息转换成计算机可识别的数字符号并保存于计算机中。数字保存具有永久性的特点，因此是对现有物理保护的一种有益补充数字化不仅能实现实体资料永久的计算机化保存，借助网络信息技术、数据处理技术还可以实现资源信息的共享与有效整合。

随着古生物学几个世纪的研究发展，人类已积累了大量的原始化石资料，这为古生物学研究提供了大量的信息资料。面对浩繁多样的化石资料，如何进行管理和研究利用成为一大议题。数据库可以实现对海量信息的高效储存、管理、查询与利用，建立数字化的化石资料。数据库是处理化石资料的一种有效手段。数字化存储的化石资料，不仅易于管理、保存和更新，而且便于信息资源的交换共享，可以极大的扩大信息资源的受众面。另外，古生物化石资料非常庞杂，仅靠某一个人、某一個单位很难完成所有资料信息的管理与维护，而是需要整个古生物学界的共同努力，通过数据库来保存、管理化石资料数据，可以由多方共同合作，通过共同建设、共享使用实现信息数据的共建共享和不断更新完善。

2  GIS助推古生物化石资料的研究

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是一门集计算机、地图学、地理学、测量学等多门学科为一体的交叉学科。GIS技术不仅具备强大的数据管理功能，而且还具备基于空间信息的数据查询与分析功能。在处理具备空间属性的数据方面，具有强大的功能，基于GIS技术来存储、组织、查询和显示带有空间属性的信息，能够突破传统文字的单一表达模式，图文并茂、多方面、多层次、清晰地展示在研究者面前。GIS技术以空间数据为基础，运用地理数据模型进行分析，为人类提供多时空的信息数据，从而为生产、科研、管理、决策等提供服务[2]。

古生物学数据主要是化石的分类信息，除了门、纲、目、科、属、种以及亚门、亚目、超科、亚科等各级分类信息外，化石资料数据还包括时间、地域分布、化石产出地等信息。利用GIS技术建立古生物化石数据库，可为用户提供基于地理位置和属性的可视化查询与分析功能，用户可以直观、方便地查询同一种属不同时期的地理分布特征或同时期同区域不同种属的生物特性，从而研究古气候变化或古大陆漂移，或依据属性特征研究生物种属的变异性。

古生物学研究者在GIS技术用于生物化石资料的研究方面进行了长足的研究并取得了众多卓著的研究成果，GBDB（Geobiodiversity Database）就是一个整合了数据库、GIS技术的以古生物学和地层学为主题的数字化科研平台。GBDB平台以剖面为核心，将古生物系统分类数据与各类地层数据等融合为一体[3]。该平台自2007年上线以来，经过十多年的发展已积累了海量的全球地层古生物数据，并在2012年和2015年分别被确立为国际地层委员会和国际古生物协会的官方数据库。结合科学研究和生产应用的需求，GBDB 平台中已集成了地理可视化、地层可视化、野外露头360度全景可视化、定量地层对比、古地理分析、古生物多样性统计等多种分析工具，可以用以辅助开展系统古生物学、演化古生物学、年代地层学、定量地层学、生物地层学、古地理学等方面的综合研究[3]。

3  化石资料本体构建

化石分类鉴定是化石资料研究的一项重要内容，分类信息是古生物学数据的一个重要方面。化石资料数据一方面包括门、纲、目、科、属、种以及亚门、亚目、超科、亚科等各级分类信息，同时也包括鉴定特征、模式标本存储信息等。随着出土化石越来越多、古生物研究越来越深入，古生物属种的分类越来越细，属性标准越来越复杂，化石生物属种的鉴定难度越来越大。同时，在一些术语运用上，不同的研究者之间可能会有不同的术语，常出现“一词多义”或“一义多词”现象，极大地影响了化石属种鉴定工作的进行。此外，由于化石记录的不完整性以及化石保存状态等原因，加之很多化石类群早已灭绝，很难采用现今的生物学方法对其进行分类学研究，或者找到与其关系相近的类群进行比较，因此在分类归属上容易产生问题和歧义。以上几种问题都导致了化石属种鉴定难度的增加，而本体技术可以用作解决以上问题的一种有效手段。

本体是共享概念模型明确的形式化规范说明，可用于确定领域内共享的词汇，并明确定义这些词汇间的关系。本体还具备语义推理能力，能根据规则自动建立词汇间的关联。本体的这些特性使其被广泛应用于古生物资料相关领域知识、时空数据的形式化表达和语义关联应用[4]。构建化石资料本体一方面能够解决术语不统一问题，方便化石研究成果的共享与应用;另一方面，由于本体具有语义推理功能，可实现基于语义的化石资料检索，辅助化石属种的鉴定及古生物化石资料的综合、深入研究。

4  VR技术助力博物馆走向公众

化石博物馆承担着藏品保护与利用功能，其主要职能是征集、典藏、保存、修护、教育、娱乐、陈列和研究化石资料，向观众展示古生物的种类、形状以及所生存的环境、地理、气候等情况，是观众了解史前生物的主要窗口。藏品化石展览是化石博物馆的传统展览模式，随着信息化的进程，这种以藏品展览为重点的博物馆运作模式已经不再适应当前形势下人们的需求，需要转变思路、寻求以先进的信息化手段开拓全新的藏品展览模式。

虚擬现实就是运用计算机相关的技术，造出一个虚拟世界，通对人的多种器官的刺激让人感觉到在这个世界里的事物不管是从听觉、视觉、还是从触觉感觉起来都像是真的。在这个系统创造出的世界会给人以身临其境的感觉，人们可以通过现实方式对虚拟世界中的事物进行操作[5]。利用VR技术来模仿古生物灭绝时的相关场景，使人们对古生物和古生物所生活的古地理、古生态和古气候有更加深刻清晰的了解和认知。虚拟现实技术早就被应用在了国外的古生物博物馆展览中，被称为Fanta-View Magic Vision，近年来我国的古生物博物馆也在积极探索将虚拟现实技术应用在藏品展览中，如辽宁古生物博物馆建设的古生物数字化科普仿真博物馆系统，实现了普通陈列手段难以做到的既有纵向深入解剖，又有横向关联扩展的动态展览形式，促进观众视觉、听觉及其他感官和行为的配合，创造了崭新的参观体验，提高了参观者观赏、探索的兴趣[6]。将虚拟现实技术应用于博物馆藏品展览可以增强化石资料的观赏性和趣味性，全方位的展示化石资料，提升观赏者的体验，吸引更多的关注者。

5  结语

在信息技术应用于古生物学研究前，化石资料研究严重依赖资料查找与大脑记忆，与研究者的知识储备有极大关联，研究者的绝大部分时间和精力都花在查找资料和化石属种鉴定上，极大地限制了古生物研究工作的进度和深度。计算机技术的迅速普及和飞速发展为收集、整理和研究浩瀚而复杂的古生物化石资料带来了有利契机。利用计算机技术使古生物地层资料系统化、标准化和数据化，实现快捷查询检索，及时更新交流，达到科研成果及时共享。利用GIS技术、VR技术等先进信息处理手段实现化石资料的深度研究开发与利用。

参考文献

[1] 鲁昊，孙作玉，王丽霞，等.贵州兴义动物群古生物化石的遗产价值及其保护与利用[J].遗产与保护研究，2018，3（4）：13-18.

[2] 张现军，孙柏年.基于GIS建立古生物化石信息数据库的构想[C].中国古生物学会第22届学术年会论文摘要集，2003.

[3] 樊隽轩，陈清，侯旭东，等.GBDB数据库在古生物学、地层学和古地理学中的应用[C].中国古生物学会第十一次全国会员代表大会暨第27届学术年会论文摘要集.中国浙江东阳，2013.

[4] 侯志伟，诸云强，高楹，等.地质年代本体及其在语义检索中的应用[J].地球信息科学学报，2018，20（1）：17-27.

[5] 王英杰，姜慧.古生物博物馆中数字化展览策略的研究[C].“决策论坛——如何建立科学决策机制理论研讨会”论文集（上）.中国北京，2015.

[6] 李娜，武士威，付亮，等.辽宁古生物博物馆数字化虚拟场馆的制作研究[J].品牌，2015（6）：39.

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