凭什么小猫咪可以当虎先锋的动捕？因为它们真的很像……

苏澄宇

2024-08-26 20:16发布于上海科普作者《万物杂志》编辑

从生物学的角度来说，猫和虎的动作真的很接近。

正在做动作捕捉的猫咪：

有科学家专门比较过猫科^[1]各种动物的运动学特性。

这里的猫科动物就包括了家猫（Felis catus）和老虎（Panthera tigris）。

当然，除此之外还有其他7种猫科动物，山猫（Lynx）、猞猁（Lynx canadensis）、豹（Panthera pardus）、猎豹（Acinonyx jubatus）、美洲狮（Puma concolor）、狮子（Panthera leo）。

这些动物的体重范围从3.7公斤的家猫到169公斤的老虎，涵盖了猫科动物中不同体型的代表性物种。

单从解剖学的角度来看，就可以看出不同猫科动物四肢与体重比例的一致性。

下面这张图展示了猫科动物的四肢长度与体重之间的相关性：

在图A、B、C中，前肢长度（FLL）、后肢长度（HLL）以及肩膀与髋部之间的距离（IGD）都显示出与体重之间的线性正相关关系。这意味着，虽然不同猫科动物的体型体重差异大，但它们的四肢长度与体重之间的比例关系保持一致。

在图D和E中，前肢长度和后肢长度与肩膀到髋部的距离之间的关系也是线性的。这进一步表明，不同体型的猫科动物在四肢长度与身体尺寸之间保持了类似的比例关系。

不仅解剖学比例相似，动作的模式也差不多。

猫猫倒还好，其他大型猫科动物基本不可能统一到实验室里来观察研究。所以大猫们都在动物园和野生动物保护中心^[2]里完成研究。所有实验对象均为驯化训练好的个体，以确保在实验过程中能够顺利完成运动测试。

实验方法简单来说，就是视频记录，然后逐帧分析。

在实验开始前，研究人员在动物的肩膀、肘部、手腕、掌指关节（MCP）、髋部、膝盖、踝关节和跖趾关节（MTP）处贴上临时的、无创的标记物，以便在视频分析时能够准确定位这些关节的角度。

摄像机的位置固定在垂直于动物运动路径的平面，以确保能够获取到精确的侧面视角。比如下图为猎豹的右侧视图：

实验主要对步态周期中每一帧的图像进行详细的运动分析，每个步态周期至少包含20个图像帧（从某一肢体落地到同一肢体的下一个落地时刻）。

步态周期中的支撑相（stance）是指足部与地面接触的阶段，而摆动相（swing）则是足部离地的阶段。研究重点分析了步态周期中的两个关键时刻：落地时刻（footfall）和支撑中期（midstance），因为这两个时刻通常是肢体承受最大力的时刻，同时肢体的整体姿态在支撑中期最接近垂直。

下图展示了猫科动物在步态周期中不同关节的角度变化情况。

只说猫和老虎，不管是肘关节（图A）、膝关节（图B）、腕关节（图C）、踝关节（图D）、肱骨和股骨（图E 和图F）、桡骨/尺骨和胫骨/腓骨（图G 和图H）、掌骨和跖骨（图I 和图J），整体都非常相似。

简单解析一下几个点：

具体来说，家猫和老虎的肘关节角度在支撑相（前50%周期）中，两者的肘关节角度都保持在约135度左右，随后在摆动相期间角度迅速减少，最低达到90度左右，然后在步态周期结束时恢复到接近135度。

在膝关节角度方面，家猫和老虎的变化趋势也非常接近。两者在支撑相的膝关节角度都保持在135度左右，摆动相期间角度减小到大约100度左右，然后恢复。

尤其是肱骨和股骨的角度变化在步态周期中的变化，家猫和老虎的几乎一致。

不过，在某些细节上（如摆动相的腕关节和掌骨角度）家猫表现出略大的波动。这可能与家猫较小的体型和较高的灵活性有关，而老虎则表现出更稳定的角度变化，因为更大体型可以带来更多的稳定性。

另外，不同体型的猫科动物在步态周期中的肩高和臀高变化非常一致，均保持在相对稳定的范围内。其中，家猫和老虎在肩高和臀高上的表现非常接近，进一步说明它们在步态中相似。

最后，如果数据不够直观的话，可以看下面的图。单独对比家猫（第一个）和老虎（最后一个）的走路肢体姿态，你也会发现非常相似，几乎一致。

所以，尽管从家猫到老虎的体型差异很大，它们的四肢姿态在运动中的变化模式却非常相似，用猫咪代替老虎做动作捕捉是没问题的。

大猫也是猫。

参考

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