This study innovates geometric morphometrics by incorporating functional data analysis, the square-root velocity function (SRVF), and arc-length parameterisation for 3D morphometric data, leading to the development of seven new pipelines in addition to the standard geometric morphometrics (GM) approach.. This enables three-dimensional images to be examined from perspectives that do not neglect curvature, through the combined use of arc-length parameterisation, soft-alignment, and elastic-alignment. A simulation study was conducted to demonstrate the general effectiveness of eight pipelines: geometric morphometrics (GM, baseline), arc-GM, functional data morphometrics (FDM), arc-FDM, soft-SRV-FDM, arc-soft-SRV-FDM, elastic-SRV-FDM, and arc-elastic-SRV-FDM. These pipelines were also applied to distinguish dietary categories of kangaroos (omnivores, mixed feeders, browsers, and grazers) using cranial landmarks obtained from 41 extant species. Principal component analysis was conducted, followed by classification analysis using linear discriminant analysis, multinomial regression and support vector machines with a linear kernel. The results highlight the effectiveness of functional data analysis, together with arc-length and SRVF-based approaches, in opening the door to more robust perspectives for analysing three-dimensional morphometrics, while establishing geometric morphometrics as the baseline for comparison.


翻译:本研究通过将功能数据分析、平方根速度函数(SRVF)和弧长参数化方法引入三维形态计量数据,创新了几何形态计量学,在标准几何形态计量学(GM)方法之外开发了七种新流程。结合弧长参数化、软对齐和弹性对齐技术,该方法使得三维图像能够从兼顾曲率特征的视角进行分析。我们通过模拟研究验证了八种流程的总体有效性:几何形态计量学(GM,基准)、弧长-GM、功能数据形态计量学(FDM)、弧长-FDM、软对齐-SRV-FDM、弧长-软对齐-SRV-FDM、弹性对齐-SRV-FDM和弧长-弹性对齐-SRV-FDM。这些流程还应用于区分袋鼠(杂食动物、混合摄食者、浏览者和食草动物)的食性类别,数据来源于41个现存物种的头骨标志点。研究首先进行主成分分析,随后采用线性判别分析、多项逻辑回归和线性核支持向量机进行分类分析。结果凸显了功能数据分析结合弧长参数化与SRVF方法在开拓三维形态计量分析稳健视角方面的有效性,同时确立了几何形态计量学作为比较基准的地位。

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