基于多特征融合的文物碎片拼接算法研究

发布时间：2020-11-01 08:37

　　 计算机辅助文物虚拟复原技术主要应用于破损文物的拼合,该技术不仅有效缩短了文物复原的周期而且避免了人工复原对文物的再次破坏,因此相关研究也成为计算机图形学领域的研究热点。基于传统几何驱动的碎片拼接技术,依赖于碎片断裂部位几何信息的完整性及准确性,对断裂部位存在缺损的文物碎片容易失效。针对该问题,本文将拓扑特征和多特征融合应用于文物碎片拼接,围绕断裂部位不同程度受损的碎片拼合问题,展开相关研究。本文研究工作主要包括:(1)针对断裂部位边缘受损而引起的轮廓曲线无法充分表示断裂面几何特征的文物碎片拼接问题,提出一种基于Morse-Smale拓扑特征的文物碎片自动拼接方法。首先,依据Morse-Smale复形理论构建并简化碎片断裂面的拓扑图;然后,定义基准点和0值面,利用目标点之间的对应高度差值,将拓扑图中四边形曲面构造成为能够有效表示断裂面特征的描述符;最后,基于凹凸互补性计算初始特征四边形匹配集的误差,筛选出最优匹配集,确定邻接碎片关系。实验结果表明,针对断裂面结构信息较完整的破碎文物模型,该方法可取得较满意的拼接结果。(2)为了有效解决由于碎片断裂部位受损造成几何特征缺失,采用传统的单一几何特征驱动方法难以拼合的问题,提出了一种基于断裂部位轮廓线双向距离场的文物碎片自动拼接方法。该算法融合碎片表面纹饰信息和断裂部位的多种几何特征,并且引入欧式距离一致性和凹凸互补性的多层约束条件,从而构造出能够有效判断碎片之间邻接关系的特征描述符,判断出碎片之间的邻接关系。另外,特征提取过程中采用非均匀采样,减少了均匀采样过程中的冗余点,提高了碎片拼合的效率。实验结果表明,该方法不仅避免了传统的断裂面拼合方法数据量大而带来的高时间代价,而且针对断裂部位存在不同程度缺损但表面纹饰结构清晰的碎片拼合具有一定的优势。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP391.41;K854
【部分图文】：

的遗物和遗迹，其种类繁多、技术精湛且质地多样，揭示了不同时期国家的经济、政和科技的发展水平以及客观规律，这些历史遗迹向现代的历史研究提供了可靠的依据弥足珍贵的题跋。中国作为一个拥有上下五千年文明历史的文化古国，也在历史进程留下了一笔灿烂辉煌的文物遗产，其不仅包含了中国几千年历史的文化精髓，而且凝了历代中国人的智慧和才华。然而，随着历史的发展和时代的变迁，文物不可豁免地受到侵蚀和风化等自然或人为等因素的影响，导致很多异常珍贵的历史遗产已经遭受同程度地缺损甚至消失。例如陕西省秦始皇陵兵马俑在多次大规模挖掘后，出土了大破碎、缺损的文物碎片，如图 1(a)所示，为了将这些破碎的兵马俑碎片进行修复从而复其原貌，考古人员需要对其进行手工拼合，如图 1(b)所示的马碎片头部进行的手工合结果。然而，传统的手工复原工作，往往效率低，周期长，除此之外，手工修复中一系列操作，不可豁免地需要与文物碎片进行频繁的接触，在文物本身存在一定程度损的同时，如果操作不当容易对文物造成再次破坏。因此，如何设计一种精确、高效文物修复策略和拼接流程，则成为文物保护和修复领域一个值得深入研究的方向。

第一章 绪论重组方法。该方法将传统的断裂部位轮廓线匹配转化成轮廓线双向距离场的匹配，从而更准确地判断出碎片间的邻接关系，另外，采用最小误差逼近算法提取断裂面轮廓线，避免了均匀采样过程中的冗余点，加快碎片特征点的搜索速度，完成碎片拼合。该算法能够有效融合碎片断裂部位的多种特征信息，针对断裂部位存在缺损的碎片具有一定的优越性。1.4 本文结构安排综上所述，全文共分为五章，章节结构安排如图 2 所示：

2.1 引言计算机辅助文物虚拟复原技术的蓬勃发展，为文物的保护和修复奠定了良好的技术基础，文物碎片虚拟复原主要包括前期的数据采集及处理，核心步骤碎片的重组，以及最后的虚拟展示，并简要介绍了本文数据采集及预处理的工作，涉及特征提取、碎片匹配及邻接碎片拼接等技术及研究内容。本章在简要的介绍了计算机辅助文物虚拟复原的大致流程之后，然后介绍了两种经典的三维模型特征及其各自特点，最后对碎片重组过程中的匹配和拼接技术基本原理进行了概述。2.2 破碎文物的虚拟复原流程计算机辅助文物虚拟复原主要包括碎片模型的采集、预处理、碎片重组、虚拟展示四个阶段，如图 3 所示。
【参考文献】

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本文编号：2865292