Paleontología Virtual

Día 5: Reconstrucción Muscular y Biomasa

E. Miguel Díaz de León Muñoz

2026-04-22

Introducción a la Reconstrucción Muscular

¿Por qué reconstruir músculos?

  • Los huesos solo cuentan una parte de la historia.
  • La musculatura define la función biológica:
    • Locomoción.
    • Alimentación (fuerza de mordida).
    • Postura.
  • Es el puente necesario para simulaciones de:
    • FEA: Para aplicar cargas realistas.
    • Multibody Dynamics: Para simular movimiento.

Reconstrucción muscular del anficiónido Magericyon anceps

El Primer Paso: Retrodeformación

Restauración antes del modelado

  • Los fósiles suelen estar deformados (tafonomía).
  • Antes de “poner músculos”, debemos restaurar el hueso a su estado in vivo.
  • Técnicas en Blender (Herbst et al. 2022; DeVries et al. 2022):
    • Mirroring: Reflejar partes simétricas.
    • Armatures (Rigging): Para re-posicionar fragmentos.
    • Remeshing: Crear mallas base limpias y “watertight”.
    • Sculpt mode: Reparar grietas y erosión superficial.

Proceso de retrodeformación

MyoGenerator y su sucesor

Un enfoque interactivo y moderno

  • Original (Herbst et al. 2022): Revolucionó el modelado 3D de músculos (reducción de 15h a 2h).
  • MyoGeneratorRemix: Una evolución desarrollada para solucionar el abandono del código original y modernizar el flujo de trabajo.
  • Compatibilidad: Optimizado para Blender 4.2.0 - 4.4.x (soporte total para versiones modernas).
  • Ventajas del Remix:
    • Estabilidad de malla mejorada.
    • Cálculos biomecánicos autorregenerables.
    • Integración nativa de métricas de fuerza.

Interfaz de MyoGeneratorRemix

MyoGeneratorRemix: Innovaciones Técnicas

Estabilidad y Robustez Geométrica

  • Parallel Transport Frames (Bishop Frames):
    • Soluciona el problema de “torcedura” (twisting) de las mallas en curvas complejas.
    • Asegura que la orientación de la sección transversal sea consistente matemáticamente.
  • Lofting Dinámico:
    • La malla se actualiza en tiempo real mientras se edita la curva Bezier o los manejadores.
  • Shaders Procedurales:
    • Generación automática de materiales realistas (apariencia de tejido muscular y tendones) mediante Geometry Nodes.

Menú de MyoGeneratorRemix

MyoGeneratorRemix: Ventajas Biomecánicas

Precisión en la Toma de Datos

  • Automatización de Métricas:
    • Exportación de Volumen, Longitud de Fibra real y PCSA en un solo paso.
  • Integración de Fuerza (\(F_m\)):
    • Aplica automáticamente el valor de estrés isométrico (\(0.3\,N/mm^2\)) en la exportación CSV.
  • Formatos de Análisis:
    • CSV optimizado para lectura directa en herramientas de FEA (como BFEX) o Dinámica Multicuerpo.

Prerrequisitos (Entorno Remix)

Antes de ejecutar el add-on:

  1. Blender 4.2+: Asegurar que estás en una versión moderna para soporte de Python 3.11+.
  2. Limpieza de Malla: Huesos deben ser “manifold” y preferiblemente con topología uniforme.
  3. Escala y Rotación: ¡Crítico! Ctrl+A > All Transforms.
  4. Normales: Orientadas correctamente hacia fuera.
  5. Colecciones: Mantener una estructura limpia (el add-on creará su propia colección de resultados).

Conceptos Biomecánicos Clave

Métricas que extraemos de los modelos:

  1. Volumen Muscular (\(V_m\)): Calculado directamente desde la malla 3D.
  2. PCSA (Physiological Cross-Sectional Area):
    • El área transversal que realmente genera fuerza.
    • Fórmula: \(PCSA = \frac{V_m \cdot \cos(\theta)}{L_f}\)
    • Supuesto de Simplicidad: Para modelos en los que no se conoce la arquitectura interna, se asume un músculo de fibras paralelas (\(\theta = 0^\circ\)) y que la longitud de la fibra es igual a la longitud muscular (\(L_f = L_m\)), simplificando a \(PCSA = \frac{V_m}{L_m}\).
  3. Líneas de Acción: La trayectoria del vector de fuerza.
  4. Brazo de Momento: Eficiencia de la palanca muscular según su inserción.

Estimación de Fuerza y Sensibilidad

Del modelo a la fuerza mecánica

  • Cálculo de Fuerza (\(F_m\)): Multiplicamos el PCSA por un valor de estrés muscular isométrico.
  • Análisis de Sensibilidad:
    • Al mantener constantes el ángulo de penación (\(\theta\)) y la relación \(L_f/L_m\), podemos aislar e investigar el efecto de:
      • Volúmenes 3D complejos.
      • Trayectorias de longitud curvas vs. rectas.
  • Resultado Clave: Variar estos parámetros cambiaría la fuerza absoluta, pero no la diferencia relativa entre los métodos de reconstrucción testeados (Herbst et al. 2022).

Flujo de Trabajo: MyoGenerator (I)

1. Definición de áreas de anclaje (attachment areas)

  • El add-on entra automáticamente en Edit Mode.
  • Selección de Caras: Se seleccionan las caras del hueso donde se ancla el músculo.
    • Se recomienda usar la herramienta Lasso Select.
    • El área debe ser continua (sin huecos).
    • Al enviar: MyoGenerator crea:
    • Un objeto [Nombre] origin/insertion con las caras duplicadas.
    • Un objeto [Nombre] boundary loop con el contorno de la inserción.
    • Los organiza bajo un Empty para mantener jerarquía.

Flujo de Trabajo: MyoGenerator (II)

2. Generación de la Trayectoria

  • Se crea una NURBS Curve entre los centroides de origen e inserción.
  • Perfil (Bevel): El add-on proyecta el loop de origen al plano XY para usarlo como sección transversal.
  • Ajustes manuales necesarios:
    • Mirroring: A veces es necesario reflejar la sección transversal si la proyección se invirtió.
    • Tilt: Ajustar la torsión para alinear el perfil con el hueso.
    • Bevel Extent: Escalar para que el final de la curva coincida con la inserción.
  • Regla: Se pueden mover los puntos intermedios (5 totales), pero nunca los extremos.

Flujo de Trabajo: MyoGenerator (III)

3. Finalización

  • Join Muscle: El add-on une el volumen de la curva con los loops de origen/inserción, realiza un “bridge” de aristas y cierra los extremos.
  • Ajuste de Secciones: Al estar basado en edge loops, se puede usar Proportional Editing para ensanchar el vientre muscular.
  • Manejo de Inserciones Planas:
    • Si el músculo es muy paralelo al hueso y no se alinea bien, se ensancha el final hasta que interseca el hueso.
    • Se aplica un modificador Boolean Difference (manual) para recortar el sobrante contra el hueso.
  • Limpieza: Eliminar T-junctions y recalcular normales.

Caso de Estudio: Erlikosaurus andrewsi

Validación del método (Herbst et al. 2022; Lautenschlager 2015)

  • Reconstrucción de la musculatura mandibular de este terizinosaurio.
  • Comparativa:
    • MyoGenerator vs Segmentación manual de CT.
    • MyoGenerator vs Modelos de cilindros (Frustums).
  • Resultado: MyoGenerator produjo volúmenes comparables a la segmentación de CT pero en una fracción del tiempo.
  • Demostró mayor realismo que los cilindros simples al considerar la curvatura anatómica.

Musculatura de Erlikosaurus

Integración con el Análisis Biomecánico

Del modelo a los datos

  • Exportación CSV: MyoGenerator exporta automáticamente:
    • Áreas de Origen/Inserción (\(mm^2\)).
    • Centroides de Origen/Inserción.
    • Linear Length: Distancia euclidiana entre centroides.
    • Muscle Length: Longitud real de la trayectoria curva.
    • Volumen Muscular (\(mm^3\)).
  • Uso posterior:

Estimación de Biomasa

De los músculos al animal completo

  • El volumen muscular nos da el PCSA, y por tanto la fuerza máxima.
  • A partir del volumen de los principales grupos musculares y su densidad estimamos la masa muscular.
  • Contexto: No confundir con la biomasa total del organismo (que usa convex hulls o lofting del esqueleto completo), sino que nos enfocamos en el componente motor del animal.

Práctica Guiada

En esta sesión:

  1. Instalaremos el add-on MyoGeneratorRemix.
  2. Pintaremos orígenes e inserciones en un cráneo.
  3. Generaremos el volumen de los músculos aductores.
  4. Exportaremos los datos biomecánicos a CSV.

Enlaces de utilidad

Bibliografía

DeVries, Raina P., Paul C. Sereno, Daniel Vidal, y Stephanie L. Baumgart. 2022. «Reproducible Digital Restoration of Fossils Using Blender». Frontiers in Earth Science 10 (February): 1-13. https://doi.org/10.3389/feart.2022.833379.
Díaz de León-Muñoz, E. Miguel, Romain Boman, y Gabriel S. Ferreira. 2025. «BFEX: A Toolbox for Finite Element Analysis With Fossils and Blender». Ecology and Evolution 15 (3): e71093. https://doi.org/10.1002/ece3.71093.
Herbst, Eva C., Luke E. Meade, Stephan Lautenschlager, Niccolo Fioritti, y Torsten M. Scheyer. 2022. «A Toolbox for the Retrodeformation and Muscle Reconstruction of Fossil Specimens in Blender». Royal Society Open Science 9 (8): 1-18. https://doi.org/10.1098/rsos.220519.
Lautenschlager, Stephan. 2015. «Estimating Cranial Musculoskeletal Constraints in Theropod Dinosaurs». Royal Society Open Science 2 (11). https://doi.org/10.1098/rsos.150495.
Thomason, J. J. 1991. «Cranial Mechanics of the Marsupial Didelphis Virginiana and the Arthropod-like Biting of Some Extinct Groups». Biological Journal of the Linnean Society 43 (2): 141-63. https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.1991.tb00588.x.
Wroe, S., C. McHenry, y J. Thomason. 2005. «Bite Club: Comparative Bite Force in Big Cats Past and Present». Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 272 (1563): 619-25. https://doi.org/10.1098/rspb.2004.2986.