青铜器文物孔洞虚拟修补方法研究及三维效果展示
发布时间：2020-12-31 08:38
青铜器文物出土时往往存在程度不一、形状各异的破损,鉴于人工修补费时费力且易发生二次毁损,利用计算机技术辅助进行修补已成为提高青铜器文物修复效率和效果的重要手段。针对破损青铜器中孔洞类型各异且孔洞边界由于腐蚀等原因造成结构复杂进而导致修补困难的问题,本文基于计算机技术就青铜器孔洞虚拟修补进行了以下研究:(1)在分析青铜器孔洞特征的基础上,依据孔洞边界是否闭合将其分为边界全闭合孔洞和边界非闭合的张开孔洞,为后续分类修补奠定了基础。(2)提出利用回溯双向波前法虚拟修补青铜器闭合孔洞的方法。利用三角网格化后青铜器点云数据提取出孔洞边界;通过比较边界点集的曲率波动幅度以去除伪孔洞边界;以孔洞边界点集的回溯结果为初始点集,并对初始点集中凹、凸点集分别采用正、反向波前法逐圈新增点集直至补全;用最小二乘法拟合曲面平滑新增点集,获得最终修补结果。结果表明该方法能有效提高修补结果与原始区域的光滑性且保证了与原始网格的相似性。(3)提出改进的曲线收缩流修补青铜器张开孔洞的方法。利用特征线将孔洞边界缺失部分补全组成完整边界;在计算出孔洞边界点表面法向量和切向量的基础上得到各边界点所对应交叉向量;边界各点内法向...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
青铜器原件图
物属于三维模型，需要使用三维扫描仪对其进行高精度激光扫描到包含孔洞的青铜器数据空间几何信息。目前用于三维数据采集可以将三维模型扫描成点云进行存储，只是各自精度不同。本章700 三维扫描仪对青铜器数据进行精确采集，其扫描速度为 48是由 7 束交叉激光线同时进行扫描。使用过程中仅需要一台含ments 软件的计算机即可，接通计算机与扫描仪，手持扫描仪对，在计算机上使用 Vxelements 软件就可同步显示点云数据，选激光线的形式扫描，根据计算机端显示的点云数据完整性调整整。此三维扫描仪不仅使用方式方便快捷，并且在扫描完成后，三维点云格式，如 txt、obj 和 stl 等。虽存储格式不同，但都包标信息，以便后续的操作处理。图 2.1 为青铜器原件图，图 2.2的青铜器点云数据图。
.3.1 去噪三维点云中噪声的主要来源如下：扫描仪的工作过程是激光照射到三维物体表面射的激光带有方位距离等信息，而外界的光照温度湿度等因素会造成激光束的偏差而形成噪声。且青铜器由于颜色多呈灰绿色，与黑色的扫描背景颜色相近，不可避将部分扫描到的背景当作模型的一部分，与常见的噪声点不同，大范围背景噪声点形成杂块噪声。目前对于三维点云去噪方法已逐渐成熟，有拉普拉斯滤波算法[57]、双边滤波算8,59]、三边滤波[60]和 L1 中值滤波法[61]等。对于本研究对象存在的杂块噪声，用以上噪算法会过度平滑边界和细节部分，失去青铜器原有的几何特征，不利于后续的修补以采用 Geomagic studio 12 软件进行手工选择噪声区域和距离过滤的方式删除杂块。如图 2.3 所示，圆形青铜器点云的右侧有大块噪声块存在，图 2.4 是使用软件根离范围过滤掉噪声块的无噪声青铜器点云图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于回溯双向波前法虚拟修补点云孔洞[J]. 张琦,蔺素珍,白佳璐,王栋娟. 测试技术学报. 2017(06)
[2]基于变分水平集的三维模型复杂孔洞修复[J]. 张婧,周明全,耿国华. 计算机应用研究. 2018(04)
[3]散乱点云曲面边界的二次提取算法[J]. 童立靖,郑俊朝. 计算机工程. 2017(02)
[4]基于模板的人脸点云补洞方法[J]. 孙晓斐,宋万忠. 现代计算机(专业版). 2017(05)
[5]曲面细节特征保持的三维模型孔洞修复方法[J]. 刘震,王艳宾,白丽丽,缪永伟. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(12)
[6]带洞点云多层同步表面重建方法[J]. 王筱婷,王璐,孟祥旭. 软件学报. 2016(10)
[7]Delaunay三角剖分算法改进与对比分析[J]. 袁小翠,吴禄慎,陈华伟. 计算机应用与软件. 2016(09)
[8]多阈值提取平面点云边界点的方法[J]. 廖中平,刘科,向雨,蔡晨光. 计算机应用. 2016(07)
[9]结合边折叠和局部优化的网格简化算法[J]. 刘峻,范豪,孙宇,陆向艳,刘艳. 计算机应用. 2016(02)
[10]万古传物 百年树人——浅谈文物修复人才现状及教育[J]. 张晓彤,詹长法. 遗产与保护研究. 2016(01)
博士论文
[1]面向馆藏文物的三维数据获取及可视化研究[D]. 俞朝晖.华南理工大学 2016
[2]数字化生存下的历史文化资源保护与开发研究[D]. 赵东.山东大学 2014
[3]基于工业CT切片数据的三角网格模型简化及优化方法研究[D]. 张霞.重庆大学 2013
硕士论文
[1]青铜器文物碎片虚拟拼接技术研究及几何特征提取[D]. 王栋娟.中北大学 2017
[2]基于空间离散点集的三角剖分算法研究及在电磁散射中的应用[D]. 付剑生.西南交通大学 2016
[3]基于webGL的交互绘制应用研究[D]. 龚旭超.浙江大学 2015
[4]Delaunay四面体剖分并行算法研究[D]. 霍吉东.中国石油大学（华东） 2013
[5]散乱点云模型三角网格化处理算法的研究与实现[D]. 高向敏.南京师范大学 2011
[6]三角网格模型光顺与B样条曲面拟合算法研究[D]. 张寅飞.南京航空航天大学 2005
本文编号：2949313
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
青铜器原件图
物属于三维模型，需要使用三维扫描仪对其进行高精度激光扫描到包含孔洞的青铜器数据空间几何信息。目前用于三维数据采集可以将三维模型扫描成点云进行存储，只是各自精度不同。本章700 三维扫描仪对青铜器数据进行精确采集，其扫描速度为 48是由 7 束交叉激光线同时进行扫描。使用过程中仅需要一台含ments 软件的计算机即可，接通计算机与扫描仪，手持扫描仪对，在计算机上使用 Vxelements 软件就可同步显示点云数据，选激光线的形式扫描，根据计算机端显示的点云数据完整性调整整。此三维扫描仪不仅使用方式方便快捷，并且在扫描完成后，三维点云格式，如 txt、obj 和 stl 等。虽存储格式不同，但都包标信息，以便后续的操作处理。图 2.1 为青铜器原件图，图 2.2的青铜器点云数据图。
.3.1 去噪三维点云中噪声的主要来源如下：扫描仪的工作过程是激光照射到三维物体表面射的激光带有方位距离等信息，而外界的光照温度湿度等因素会造成激光束的偏差而形成噪声。且青铜器由于颜色多呈灰绿色，与黑色的扫描背景颜色相近，不可避将部分扫描到的背景当作模型的一部分，与常见的噪声点不同，大范围背景噪声点形成杂块噪声。目前对于三维点云去噪方法已逐渐成熟，有拉普拉斯滤波算法[57]、双边滤波算8,59]、三边滤波[60]和 L1 中值滤波法[61]等。对于本研究对象存在的杂块噪声，用以上噪算法会过度平滑边界和细节部分，失去青铜器原有的几何特征，不利于后续的修补以采用 Geomagic studio 12 软件进行手工选择噪声区域和距离过滤的方式删除杂块。如图 2.3 所示，圆形青铜器点云的右侧有大块噪声块存在，图 2.4 是使用软件根离范围过滤掉噪声块的无噪声青铜器点云图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于回溯双向波前法虚拟修补点云孔洞[J]. 张琦,蔺素珍,白佳璐,王栋娟. 测试技术学报. 2017(06)
[2]基于变分水平集的三维模型复杂孔洞修复[J]. 张婧,周明全,耿国华. 计算机应用研究. 2018(04)
[3]散乱点云曲面边界的二次提取算法[J]. 童立靖,郑俊朝. 计算机工程. 2017(02)
[4]基于模板的人脸点云补洞方法[J]. 孙晓斐,宋万忠. 现代计算机(专业版). 2017(05)
[5]曲面细节特征保持的三维模型孔洞修复方法[J]. 刘震,王艳宾,白丽丽,缪永伟. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(12)
[6]带洞点云多层同步表面重建方法[J]. 王筱婷,王璐,孟祥旭. 软件学报. 2016(10)
[7]Delaunay三角剖分算法改进与对比分析[J]. 袁小翠,吴禄慎,陈华伟. 计算机应用与软件. 2016(09)
[8]多阈值提取平面点云边界点的方法[J]. 廖中平,刘科,向雨,蔡晨光. 计算机应用. 2016(07)
[9]结合边折叠和局部优化的网格简化算法[J]. 刘峻,范豪,孙宇,陆向艳,刘艳. 计算机应用. 2016(02)
[10]万古传物 百年树人——浅谈文物修复人才现状及教育[J]. 张晓彤,詹长法. 遗产与保护研究. 2016(01)
博士论文
[1]面向馆藏文物的三维数据获取及可视化研究[D]. 俞朝晖.华南理工大学 2016
[2]数字化生存下的历史文化资源保护与开发研究[D]. 赵东.山东大学 2014
[3]基于工业CT切片数据的三角网格模型简化及优化方法研究[D]. 张霞.重庆大学 2013
硕士论文
[1]青铜器文物碎片虚拟拼接技术研究及几何特征提取[D]. 王栋娟.中北大学 2017
[2]基于空间离散点集的三角剖分算法研究及在电磁散射中的应用[D]. 付剑生.西南交通大学 2016
[3]基于webGL的交互绘制应用研究[D]. 龚旭超.浙江大学 2015
[4]Delaunay四面体剖分并行算法研究[D]. 霍吉东.中国石油大学（华东） 2013
[5]散乱点云模型三角网格化处理算法的研究与实现[D]. 高向敏.南京师范大学 2011
[6]三角网格模型光顺与B样条曲面拟合算法研究[D]. 张寅飞.南京航空航天大学 2005
本文编号：2949313
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