基于点云特征提取的薄壁文物碎片配对研究

针对考古发掘现场堆积在一起的陶瓷碎片难以修复拼接,以及薄壁碎片断裂面特征难以提取的问题,提出了一种综合碎片点云多种特征提取与粗糙集模型进行约简分类的方法。该方法先采用最小半径移动球和三维中心滤波圆弧拟合的方法,分别获取碎片边缘和内部几何特征,再结合颜色纹理及材质等特征要素,通过决策表约简分类为文物碎片重建匹配提供条件。与现有依赖对象单一特征的配对方法不同,本方法在碎片存在磨损甚至缺失等情形下,能将混杂在一起的隶属于多器物薄壁文物碎片进行有效分类配对。

基于断裂面邻域特征的文物碎片拼接

为解决传统拼接算法在断裂部位受损情况下存在拼接误差大且耗时的问题,本文提出一种基于断裂面几何特征的破损文物碎片自动拼接算法。首先,定义碎片模型邻域特征参数,提取断裂面特征点,依据最小二乘法原理构造曲率特征参数对特征点集进行优化;然后,为解决稀疏点云特征难以匹配的问题,定义特征点间相对距离和相对夹角作为特征描述符,依据集合相似理论对特征点进行相似性度量,提取断裂面特征点对匹配集,并利用随机抽样一致性算法剔除误匹配点对,筛选出最优匹配集;最后,采用奇异值分解法计算旋转、平移矩阵,利用基于K-D树改进的迭代最近点算法实现碎片的精确拼接。实验结果表明:与传统的拼接算法相比,本文特征点少,特征描述符简单,鲁棒性强,有效提高了碎片拼接的准确性和效率。

基于关键点特征描述子的三维文物碎片重组

对多个文物碎片进行重组时,确定文物碎片之间的邻接关系时间复杂度非常高;文物断裂部位因受损而存在一定的几何特征缺失,仅依靠断裂区域的几何特征进行拼接或重组难免会出现错误.鉴于此,提出一种基于关键点特征描述子的三维文物碎片重组方法.首先利用已有的文物"模板",采用内在形状签名算法提取文物"模板"和文物碎片原始面上的关键点;然后计算关键点的快速点特征直方图特征描述子;再通过比较其相似性来确定文物碎片在"模板"上的对应位置,即确定各个碎片断裂面之间的邻接关系;最后采用顺序拼合的方式及迭代最近点算法对多个碎片进行重组.实验结果表明,该方法能够有效地提高文物碎片虚拟拼接的效率.

基于模糊集的陶质文物碎片点云特征提取算法

陶质文物碎片上同时包含尖锐特征和平滑特征,且文物碎片的原始表面并不光滑,因此,针对陶质文物碎片的散乱点云模型,该文提出一种鲁棒的特征提取方法。首先,基于法向估计和区域生长,建立一种基于模糊集的区域生长法,将每个潜在曲面划分成一个区域,区域间相交部分的点标记为潜在特征点。然后,将点在局部平面上的投影残差作为特征值,计算点在不同尺度下成为特征点的可能性进行特征提取。最后,采用“双生长圆”策略,生成特征折线,并对其进行平滑处理得到平滑特征线。实验结果表明,该方法稳定、抗噪性强,在有效提取尖锐特征的同时,还能尽可能多地保留较平滑的特征,针对各类模型,均能获得较好的效果。

基于粗糙集约简的薄壁陶瓷碎片分类研究

针对考古发掘现场堆积在一起的陶瓷碎片难以修复拼接的问题,提出了一种基于粗糙集约简的碎片分类方法。该方法对碎片进行三维激光扫描,对比八叉树后,使用k-d树法来建立薄壁碎片点云的拓扑关系,并采用K邻域搜索。通过对碎片半径、纹理及专家经验等特征要素进行模糊粗糙集模型稳健性分析,选取决策表进行约简分类,为文物碎片的重建匹配提供条件。

计算机辅助文物修复系统架构及关键技术研究

考古中常在同一遗址挖出大量文物碎片,将其分类并拼成一个个文物费时费力。探讨计算机辅助文物修复系统架构,并对常见的旋转体文物碎片修复涉及的旋转轴和轮廓线计算等关键技术进行讨论,主要是基于文物碎片的三维点云数据,采用二次曲面拟合方法计算法向量并以此为基础采用直线几何方法计算整个物体的旋转轴,使计算的旋转轴更精确;采用SDM方法快速、精确地计算文物碎片的轮廓线。可用于实现文物碎片的管理、分类、检索,为文物修复工作提供支持,为考古人员节省宝贵的时间。

秦陵文物数字化及虚拟复原研究综述

文化遗产是中华五千年悠久历史的重要载体,也是传承中华文化的特殊资源,然而,历经千百年的风化侵蚀、战火和历史变迁,文化遗产都遭到或多或少的冲击和破坏。传统复原方法存在记录手段单一、信息不全面、手工复原周期长、展陈受限、人工管理效率低等缺陷。利用三维扫描技术、数字化手段及信息化方法对文物进行数字化建模及虚拟复原与展示等,能够极大地缩短文物复原周期,可避免由于直接接触对文物造成的二次破坏;同时,借助于计算机视觉、人工智能、光学扫描等技术,能够为新形态考古发掘与文物保护奠定基础。针对文物修复与保护领域的这些重大需求,西北大学可视化技术研究所项目组自20世纪90年代起就开展了相关研究,取得的系列成果已应用于秦陵等多个文物保护单位。该文从古人面貌虚拟复原、复杂外观文物数字化、考古遗址场景建模与展示、考古过程记录与应用、破损破碎文物虚拟修复、文物碎片自动分类文化遗产的数字展示传播7个方面,对项目组近期的最新研究工作进行总结和分析,并对未来的研究方向进行展望。

基于傅立叶变换的三维轮廓线快速匹配算法

给出从提取文物碎片轮廓线出发,解决空间曲线匹配来达到文物碎片复原的方法。给出了用于查找三维轮廓线匹配的哈希矢量,以及基于傅立叶变换的轮廓线子段匹配算法,通过比较两条轮廓线的哈希矢量来分析曲线段的相似度。从理论上给出了判断曲线匹配的性质,如果曲线段之间的距离越小则哈希矢量之间的距离也越小。经实验证明,方法计算复杂性低,预测质量好,运行高效、稳定、纠错能力强。