JSAI32 Noguchi "Summarizing Lithic morphology: a practice for 3D morphological analysis"
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日本情報考古学会第32回大会（2019.3）野口淳「石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のためにー」 Slides for a paper given in the 32nd JSAI meeting (in Japanese)
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JSAI32 Noguchi "Summarizing Lithic morphology: a practice for 3D morphological analysis"
- 1. 石器形態情報の要 野口 淳 NPO南アジア文化遺産センター ・奈良文化財研究所客員研究員 約 方 法 ―3D計測データ解析のためにー 日本情報考古学会第42回大会 20190323～24@岡山大学
- 4. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 石器形態をどのように理解するか • 代表的な一面の平面形や、機能部の 形状、および機能用途を類推させる 道具名称が、対象の〈かたち〉の記 載に用いられる • 言語的記載的な分類は、意味空間を 共有している限りではもっとも強力 • 例示した資料の場合「木葉形両面加 工尖頭器」の10文字で多くの特徴を 記載表現できる
- 5. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 石器研究1.0：形態形状による主観的な分類・命名 • 石器の外形や機能・技術属性にも とづくシンプルな形態形状の分類 • 機能用途の類推 • （考古学上の）文化の実在単位 （entity）の代理示標（proxy） 藤尾慎一郎「生業からみた縄文から弥生」 https://www.rekihaku.ac.jp/kenkyuu/kenkyuusya/fujio/seigyo/jomon.html： 図8-2 木内石亭「雲根志」 野口ほか2016『
- 7. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） • 言語的記載的な分類は、十分な定 義がなければ、不確かさが増大す る... • 不確かさを回避するためには客観 化が必須→数値基準はきわめて有 効 • 伝統的な形態型式論においても多 用されてきた （日本では...?） 石器形態をどのように理解するか Debénath & Dibble 1994: figs. 11.3, 11.4
- 8. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 石器形態をどのように理解するか • しかし「研究は理念だけでは進展しな い。また数値がモノの実態を示すわけ でもない。図のもつ存在感が実物に劣 らず、研究者の感性に訴えかけてく る。」（田中英司2004『石器実測法 情報を 描く技術』p.85「おわりに」：下線強調発表 者）という立場からは、詳細な図 （「実測図」）による細部までの表現 （再現）が要請される • 石器をはじめほとんどの考古資料は3D 形状を有するため、3D計測はより良い と考えられるか?
- 9. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 数値情報の利点 • とは言え、実測図は個別的で、比較検 討やパターン化、とくに定量的な分析 には向かない • 3Dモデルは数値情報でもあるので定量 分析の対象になり得るが、そのままで は情報量が大きくハンドリングが困難 • より簡易で要約量の大きな数値情報化 が望まれる
- 10. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 「数値がモノの実態を示すわけでもない」のか? • 正確には、 a) 数値はモノの実態を示すがヒ トには理解・認識できない または b) 数値情報が疎に過ぎてモノ の実態を示せていない のいずれかなのではないか? 例示した石器3Dモデルの.objファイルの 中身は56,764,420項目の数値の羅列 ☞
- 11. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 「数値がモノの実態を示すわけでもない」のか? a) 数値はモノの実態を示すがヒ トには理解・認識できない ☞ 多量の情報、多数の属性は かえって特徴を見失わせる ☞ 特徴をよく捉えた属性に 全体を代表させることは有効 ☞ 要約・抽象化 = 情報密度を高めること 例示した石器3Dモデルの.objファイルの 中身は56,764,420項目の数値の羅列 ☞
- 12. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 岡村（1990） 3D幾何形態属性 (3D geometric morphometrics) •Sholts et al.(2017)：SPHARM (球面調和関数: SPheric HARMonics)による三次元 サーフェイスの対称性 ※ 球面調和関数とは • n 次元ラプラス方程式の解となる斉次多項式を単位 球面に制限する事で得られる関数。 • 次元 n が 3 の場合の 1 の意味での球面調和関数で、 球面座標 (r, θ, φ) で書いたラプラス方程式の変数分 離解を記述するのに用いる事ができる関数Y (θ, φ). https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%90%83%E9%9D%A2 %E8%AA%BF%E5%92%8C%E9%96%A2%E6%95%B0 （Wikipedia 「球面調和関数」） k n パッケージ化されており容易に利用可能 内容を理解して実施するのは難しいかも...
- 13. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 「数値がモノの実態を示すわけでもない」のか? b) 数値情報が疎に過ぎてモノの 実態を示せていない ☞ 不適切または過度な要約 ☞ 情報の不足＝意味の喪失 ☞ 要約・抽象化の方法と程度 （量）の検討が必要 ？
- 14. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 数値情報化1：距離計測的属性(distometric) • 基準軸に対する直交計測 (orthogonal measurement)を基本とする(Shots & Trail 2010) • 長さ・幅・厚さ（最大値）はもっと も基本的な計測数値情報 • ただし計測数値自体は計測位置の情 報をもっていない、ただの「量」 • この計測数値は何を示すのか? 取り出された 計測数値 復原できない
- 15. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 直交計測値＝外接直方体 • 石器の場合、長さの最大値は道具としての石 器の器体軸＊に沿って計測し、幅・厚さはそ れぞれ直交する軸の最大値とするのが一般的 定義 • すなわち、石器の最大長・幅・厚さの計測数 値は、対象に外接する直方体と等価 ※ 剥片剥離軸など技術形態基準による場合もある 長さ(l), 幅 (w), 厚さ (t) =51.093, 159.181, 19.515 (mm)
- 16. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 数値情報化1：距離計測的属性 • 3軸の直交計測値（最大値）は、大きさ（サイ ズ）を表す数値情報 • サイズ、および関連する比率の示数が有効な 場合もある（ex. 石刃の定義=長幅比＞2：1） • しかし直方体（および、その平面への正射投 影図形としての長方形）は、ほとんどの場合、 対象となる石器の形態を反映しているとは言 い難い（反映できていない） この長方形が石器の形を 反映していると言えるか?
- 17. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 数値情報化2：距離計測的属性の拡張 ※ 最大幅が器体軸の中央にあると仮定できるな らば、3軸の直交計測値は、長方形／直方体 ではなく、ひし形／ひし形立体（八面体）を 表すと言える ※ 最大幅の位置を、たとえば器体軸2／3や3／4 と仮定すると、より実際の〈かたち〉に近似 させることも可能かもしれない （☞ 対象の〈かたち〉が定型的な場合） ☞ 3D計測モデルならば、最大幅（以外も）を測 る端点の位置を座標付で取得できるため、予 見的な位置づけだけでなく、実測値から統計 的に示すことも可能 青いひし形より赤いし変 更の方が石器形態に近似
- 18. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 数値情報化2+：断面形について • 断面三角形（ひし形）形状：TCS, RCS 投射具 (projectile point)としての石器の機械的性能（貫通能力）を反映する ☞ 民族誌例・使用(投射)実験による数値基準にもとづく比較研究 TCSA：断面三角形面積 Clarkson (2016) In Multidisciplinary Approaches to the Study of Stone Age Weaponry. Springer. Sisk & Shea (2011) International Journal of Evolutionary Biology, 2011.
- 19. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 数値情報化2+：断面形の拡張 • 現行の標準的な 断面三角形／断面ひし形 ☞ 最大幅×最大厚 • 3D計測モデルから複数断面の 切り出し・計測数値取得が可能 ● ● ● ●
- 21. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 数値情報化3：幾何形態的属性 (geometric) •外形 (outline) •直接的実体的な外形→抽象化・模式化 •直感的な扱いが多いが、客観化も可能 ex. 画像処理・機械学習によるパターン認識 •定量化比較も可能 ☞ 幾何形態は座標を有している → 座標値にもとづく検討 → ポリライン化（頂点+結線） → 座標値群の行列変換による抽象化 ex. 楕円フーリエ識別子
- 22. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 数値情報化3：幾何形態的属性 (geometric) 楕円フーリエ識別子 • 外形(輪郭)の閉曲線を対象 ⇒写真・実測図等 • 輪郭を数値化し滑らかな曲 線として視覚的に再現 • 主成分分析により「かた ち」の類似度／変形度を数 量化して示せる
- 23. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 数値情報化3：拡張距離測定→幾何形態 直交計測値を連続的に取得 =任意の投影平面の積分 （中）中心軸で分割 ☞ 視覚的に把握しやすい ☞ 左右対称性の検討 （右）単純な計測数値 ☞ 平面形の特徴量抽出 ※グラフではなく定量化データとして扱 う 0 20 40 60-40 -20 0 20 40 3dslicer（千葉・横山2019）により最大長軸に 沿った100断面から計測値を取得
- 24. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 5 6 6 1 2 3 4 1 2 5 34 7 7 8 3 4 9 9 10 11 W L T t7 w7 LWT : 最外郭直方体 BB w1t1 : 断面外接長方形 ～wntn bb1 ～ bbn ※標準で 10 断面取得 12 ▽▼ 1 . 打面背面側端点1 2. 打点(打面腹面側端点1) 3. 打面最大幅端点1 4. 打面最大幅端点2 5. 打面背面側端 点2 6. 打面腹面側端 点2 7. 最遠位端点 8. 背面側最凸点 9. 最大幅端 点1 10. 最大幅端点2 11. 腹面側最凸点 12. 背面稜収束点 L: 最大長 / W: 最大幅 / T: 最大厚 wn:n断面最大幅 / tn:n断面最大厚 max⊿w: 最大断面幅位置 max⊿t : 最大断面厚位置 a1(x1,z1) b1(x1’,z1’) c1 anbn : n断面最大幅（軸） ▽ cn : n断面重心 ⊿cn(x) =lcentvar （断面重心長軸偏差） ⊿cn(z) =lassym （長軸表裏対称性） ⊿en(z) =convx（湾曲度） ⊿sln = twst（捻じれ度） dn(xn’’,zn’’) en(xn’’’,zn’’’) atan ( )zn’-zn xn’-xn : n断面傾斜角(∠sln) LW面投影外郭線（=平面外形） 数値情報化4： 3D距離測定 岡村（1990） 対象資料の表面形状のフ ル3Dではなく、座標付き ランドマークに代表させ た（要約した）モデル
- 25. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 岡村（1990） 復元製作実験×考古資料 ：後期旧石器時代前半の石刃技法 打点 - 尖端軸 背面稜 - 尖端軸 打面幅 打点偏心度 復元石器製作者の視点 • 背面稜と打点の位置関係 ☞ 先端形状（先細り/or not）を 規定している ⇓ • 加撃の位置の制御（動作）が重要 1個体の資料の背面～腹面にまたがる属性の 情報は従来の実測図・写真からは取得が困難。 個別に計測した場合、データの標準化が問題
- 26. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 岡村（1990） 予備的解析 同左（青：尖頭石刃）同左（青：尖頭石刃） 打面厚（青：石刃）打面幅（青：石刃） 打点 - 端部位置 （青：石刃） 打点 - 背面稜位置 （青：尖頭石刃） 打点 - 背面稜位置 （青：石刃）打点偏心度 打点 - 尖端軸 背面稜 - 尖端軸 打面幅 打点偏心度
- 27. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 数値情報化5： 3Dランドマーク • 最大長軸に沿った40断面か ら端点（幅・厚さ軸の最大・最 小値）を取得 ☞ 表裏・左右を分割する 特徴点（ランドマーク）
- 29. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） データサイズと特徴量のCBAにむけて 要約方法 点群 データサイズ 記述言語 ― 数十Bite～ 距離計測（3軸） (6) 18Bite 座標付距離計測（3軸） 6 102Bite 順序付距離計測（100断面） (100) 1.32KB (.txt) 3DLM（40断面） 158 10.4KB (.txt) 3DsemiLM 1,776 78KB (.txt) 外形（平面） 3,675 391KB (.dxf) 連続断面（ポリライン） 11,275 1.6MB (.dxf) フル3D点群（頂点） 18,350,207 2.13GB (.obj)* 3DLM 連続断面 3DsemiLM ＊頂点+面+法線ベクトル （Cost Benefit Analysis: 費用便益分析） データサイズの大きさ＝処理コスト（計算機リソース）の大きさ かけたコストに見合ったアウトプットはあるのか?
- 30. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 補足：フル3Dは何に使えるのか? 石器製作ハンマーの使用部位・痕跡範囲 点群データによる表面粗さ分析 （CloudCompare: roughnessツール） ☞点群のbest fitting planeからの変位を定量化 実験製作使用ハンマーで良好な成果 ⇔従来は視覚的・感覚的把握 未使用自然礫を含め参照データ構築 ☞ 考古学資料への応用
- 31. 日本情報考古学会第42回大会20190323～24@岡山大学 石器形態情報の要約方法―3D計測データ解析のために―（野口） 補足の補足：実践例がありました Zupancich et al. 2019 in Archaeological and Anthropological Sciences, https://doi.org/10.1007/s12520-019-00824-5