数字几何处理方法研究及在文物虚拟复原中的应用
发布时间：2023-08-09 18:15
文物虚拟复原技术作为一种无损的文物碎片拼合手段,已得到了考古学界的广泛重视。通过逆向工程重建得到文物三维模型,应用数字几何处理技术提取模型的几何结构特征,可用于文物模型的匹配,进而重组破损文物。本研究以秦皇帝陵陪葬坑中出土的陶俑文物碎片为对象,针对出土文物数量大、受损程度不同、拼合问题计算复杂度高的特点,重点研究文物点云模型处理、几何特征优化以及模型的配准等关键技术,推进文物模型虚拟拼接的工程化方法的实际应用。论文的主要研究成果如下:(1)建立求解虚拟复原问题的工程化体系框架,分析归纳虚拟拼合的完全匹配、部分匹配和复杂拼合三类问题特点,给出面向问题特性的分类解决方案。借鉴完全匹配问题的已有研究基础,应用于部分匹配问题求解;提出几何特征失效下的复杂拼合问题可行解法:三类拼合方法较为全面的覆盖了虚拟复原的问题领域。(2)提出一种点云模型优化方法,针对文物点云模型噪声敏感、几何结构复杂的数据特性,对工程化体系框架中的法矢重修、点云平滑、表面分类等关键处理技术进行了优化。采用保特征的法矢重修和点云平滑提升点云质量和几何参数估算的正确性,降低几何参数估算与特征匹配时的误差;提出基于点云密度分析的...
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 文物虚拟复原的研究背景及意义
1.2 文物虚拟复原涉及的问题
1.3 国内外研究现状
1.3.1 文物虚拟复原研究现状
1.3.2 点云处理技术
1.3.3 几何特征提取与匹配
1.3.4 配准方法
1.3.5 国内相关机构研究现状
1.4 本文的研究思路和研究内容
1.5 本文贡献及创新点
1.6 章节组织结构
第二章 虚拟复原体系框架
2.1 引言
2.2 完全匹配问题
2.3 部分匹配问题
2.4 复杂拼合问题
2.5 技术框架
2.6 本章小结
第三章 面向虚拟复原的点云优化
3.1 引言
3.1.1 经典几何处理流程
3.1.2 面向虚拟复原的点云优化方法
3.2 法矢估算与修正
3.2.1 法矢估算
3.2.2 局部法矢修正
3.2.3 实验及结果分析
3.3 点云平滑
3.3.1 改进的LOP平滑算子
3.3.2 实验及结果分析
3.4 断裂面识别
3.4.1 网格模型表面分割及分类概述
3.4.2 点云密度
3.4.3 点云密度方差估算与断裂面识别
3.4.4 实验及结果分析
3.5 本章小结
第四章 局部优化的几何特征匹配
4.1 引言
4.1.1 积分不变量
4.1.2 几何一致性
4.1.3 误差度量
4.2 几何特征量化与优化
4.2.1 体积积分不变量计算
4.2.2 特征优化
4.3 特征匹配初始化
4.4 特征匹配
4.4.1 0-1矩阵的构造
4.4.2 特征匹配
4.5 实验及结果分析
4.6 本章小结
第五章 完整文物模型重组
5.1 引言
5.1.1 ICP算法
5.1.2 四元数法
5.1.3 零均值归一化互相关系数
5.2 待拼合碎片两两对齐
5.2.1 初始配准的构造
5.2.2 初始配准点对的过滤
5.2.3 初始配准参数的估计
5.2.4 精确配准
5.3 拼合碎片相交测试
5.4 多碎片拼合的求解
5.5 实验及结果分析
5.6 本章小结
第六章 复杂拼合问题的多特征约束求解
6.1 引言
6.1.1 轮廓曲线特征
6.1.2 轮廓曲线匹配与运动估计
6.2 多几何特征拼合
6.2.1 基于轮廓曲线特征的拼合
6.2.2 拼合方案后验性分析
6.2.3 拼合方案先验性分析
6.2.4 实验及结果分析
6.3 基于邻接约束的交互式拼合方法
6.3.1 邻接约束的定义
6.3.2 约束图
6.3.3 刚体变换
6.3.4 交互设计
6.3.5 实验及结果分析
6.4 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的科研成果
作者简介
本文编号：3840720
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 文物虚拟复原的研究背景及意义
1.2 文物虚拟复原涉及的问题
1.3 国内外研究现状
1.3.1 文物虚拟复原研究现状
1.3.2 点云处理技术
1.3.3 几何特征提取与匹配
1.3.4 配准方法
1.3.5 国内相关机构研究现状
1.4 本文的研究思路和研究内容
1.5 本文贡献及创新点
1.6 章节组织结构
第二章 虚拟复原体系框架
2.1 引言
2.2 完全匹配问题
2.3 部分匹配问题
2.4 复杂拼合问题
2.5 技术框架
2.6 本章小结
第三章 面向虚拟复原的点云优化
3.1 引言
3.1.1 经典几何处理流程
3.1.2 面向虚拟复原的点云优化方法
3.2 法矢估算与修正
3.2.1 法矢估算
3.2.2 局部法矢修正
3.2.3 实验及结果分析
3.3 点云平滑
3.3.1 改进的LOP平滑算子
3.3.2 实验及结果分析
3.4 断裂面识别
3.4.1 网格模型表面分割及分类概述
3.4.2 点云密度
3.4.3 点云密度方差估算与断裂面识别
3.4.4 实验及结果分析
3.5 本章小结
第四章 局部优化的几何特征匹配
4.1 引言
4.1.1 积分不变量
4.1.2 几何一致性
4.1.3 误差度量
4.2 几何特征量化与优化
4.2.1 体积积分不变量计算
4.2.2 特征优化
4.3 特征匹配初始化
4.4 特征匹配
4.4.1 0-1矩阵的构造
4.4.2 特征匹配
4.5 实验及结果分析
4.6 本章小结
第五章 完整文物模型重组
5.1 引言
5.1.1 ICP算法
5.1.2 四元数法
5.1.3 零均值归一化互相关系数
5.2 待拼合碎片两两对齐
5.2.1 初始配准的构造
5.2.2 初始配准点对的过滤
5.2.3 初始配准参数的估计
5.2.4 精确配准
5.3 拼合碎片相交测试
5.4 多碎片拼合的求解
5.5 实验及结果分析
5.6 本章小结
第六章 复杂拼合问题的多特征约束求解
6.1 引言
6.1.1 轮廓曲线特征
6.1.2 轮廓曲线匹配与运动估计
6.2 多几何特征拼合
6.2.1 基于轮廓曲线特征的拼合
6.2.2 拼合方案后验性分析
6.2.3 拼合方案先验性分析
6.2.4 实验及结果分析
6.3 基于邻接约束的交互式拼合方法
6.3.1 邻接约束的定义
6.3.2 约束图
6.3.3 刚体变换
6.3.4 交互设计
6.3.5 实验及结果分析
6.4 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的科研成果
作者简介
本文编号：3840720
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