青銅器文物孔洞虛擬修補方法研究及三維效果展示
發(fā)布時間：2020-12-31 08:38
青銅器文物出土?xí)r往往存在程度不一、形狀各異的破損,鑒于人工修補費時費力且易發(fā)生二次毀損,利用計算機技術(shù)輔助進行修補已成為提高青銅器文物修復(fù)效率和效果的重要手段。針對破損青銅器中孔洞類型各異且孔洞邊界由于腐蝕等原因造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜進而導(dǎo)致修補困難的問題,本文基于計算機技術(shù)就青銅器孔洞虛擬修補進行了以下研究:(1)在分析青銅器孔洞特征的基礎(chǔ)上,依據(jù)孔洞邊界是否閉合將其分為邊界全閉合孔洞和邊界非閉合的張開孔洞,為后續(xù)分類修補奠定了基礎(chǔ)。(2)提出利用回溯雙向波前法虛擬修補青銅器閉合孔洞的方法。利用三角網(wǎng)格化后青銅器點云數(shù)據(jù)提取出孔洞邊界;通過比較邊界點集的曲率波動幅度以去除偽孔洞邊界;以孔洞邊界點集的回溯結(jié)果為初始點集,并對初始點集中凹、凸點集分別采用正、反向波前法逐圈新增點集直至補全;用最小二乘法擬合曲面平滑新增點集,獲得最終修補結(jié)果。結(jié)果表明該方法能有效提高修補結(jié)果與原始區(qū)域的光滑性且保證了與原始網(wǎng)格的相似性。(3)提出改進的曲線收縮流修補青銅器張開孔洞的方法。利用特征線將孔洞邊界缺失部分補全組成完整邊界;在計算出孔洞邊界點表面法向量和切向量的基礎(chǔ)上得到各邊界點所對應(yīng)交叉向量;邊界各點內(nèi)法向...
【文章來源】：中北大學(xué)山西省
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
青銅器原件圖
物屬于三維模型，需要使用三維掃描儀對其進行高精度激光掃描到包含孔洞的青銅器數(shù)據(jù)空間幾何信息。目前用于三維數(shù)據(jù)采集可以將三維模型掃描成點云進行存儲，只是各自精度不同。本章700 三維掃描儀對青銅器數(shù)據(jù)進行精確采集，其掃描速度為 48是由 7 束交叉激光線同時進行掃描。使用過程中僅需要一臺含ments 軟件的計算機即可，接通計算機與掃描儀，手持掃描儀對，在計算機上使用 Vxelements 軟件就可同步顯示點云數(shù)據(jù)，選激光線的形式掃描，根據(jù)計算機端顯示的點云數(shù)據(jù)完整性調(diào)整整。此三維掃描儀不僅使用方式方便快捷，并且在掃描完成后，三維點云格式，如 txt、obj 和 stl 等。雖存儲格式不同，但都包標(biāo)信息，以便后續(xù)的操作處理。圖 2.1 為青銅器原件圖，圖 2.2的青銅器點云數(shù)據(jù)圖。
.3.1 去噪三維點云中噪聲的主要來源如下：掃描儀的工作過程是激光照射到三維物體表面射的激光帶有方位距離等信息，而外界的光照溫度濕度等因素會造成激光束的偏差而形成噪聲。且青銅器由于顏色多呈灰綠色，與黑色的掃描背景顏色相近，不可避將部分掃描到的背景當(dāng)作模型的一部分，與常見的噪聲點不同，大范圍背景噪聲點形成雜塊噪聲。目前對于三維點云去噪方法已逐漸成熟，有拉普拉斯濾波算法[57]、雙邊濾波算8,59]、三邊濾波[60]和 L1 中值濾波法[61]等。對于本研究對象存在的雜塊噪聲，用以上噪算法會過度平滑邊界和細節(jié)部分，失去青銅器原有的幾何特征，不利于后續(xù)的修補以采用 Geomagic studio 12 軟件進行手工選擇噪聲區(qū)域和距離過濾的方式刪除雜塊。如圖 2.3 所示，圓形青銅器點云的右側(cè)有大塊噪聲塊存在，圖 2.4 是使用軟件根離范圍過濾掉噪聲塊的無噪聲青銅器點云圖。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于回溯雙向波前法虛擬修補點云孔洞[J]. 張琦,藺素珍,白佳璐,王棟娟. 測試技術(shù)學(xué)報. 2017(06)
[2]基于變分水平集的三維模型復(fù)雜孔洞修復(fù)[J]. 張婧,周明全,耿國華. 計算機應(yīng)用研究. 2018(04)
[3]散亂點云曲面邊界的二次提取算法[J]. 童立靖,鄭俊朝. 計算機工程. 2017(02)
[4]基于模板的人臉點云補洞方法[J]. 孫曉斐,宋萬忠. 現(xiàn)代計算機(專業(yè)版). 2017(05)
[5]曲面細節(jié)特征保持的三維模型孔洞修復(fù)方法[J]. 劉震,王艷賓,白麗麗,繆永偉. 計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報. 2016(12)
[6]帶洞點云多層同步表面重建方法[J]. 王筱婷,王璐,孟祥旭. 軟件學(xué)報. 2016(10)
[7]Delaunay三角剖分算法改進與對比分析[J]. 袁小翠,吳祿慎,陳華偉. 計算機應(yīng)用與軟件. 2016(09)
[8]多閾值提取平面點云邊界點的方法[J]. 廖中平,劉科,向雨,蔡晨光. 計算機應(yīng)用. 2016(07)
[9]結(jié)合邊折疊和局部優(yōu)化的網(wǎng)格簡化算法[J]. 劉峻,范豪,孫宇,陸向艷,劉艷. 計算機應(yīng)用. 2016(02)
[10]萬古傳物 百年樹人——淺談文物修復(fù)人才現(xiàn)狀及教育[J]. 張曉彤,詹長法. 遺產(chǎn)與保護研究. 2016(01)
博士論文
[1]面向館藏文物的三維數(shù)據(jù)獲取及可視化研究[D]. 俞朝暉.華南理工大學(xué) 2016
[2]數(shù)字化生存下的歷史文化資源保護與開發(fā)研究[D]. 趙東.山東大學(xué) 2014
[3]基于工業(yè)CT切片數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格模型簡化及優(yōu)化方法研究[D]. 張霞.重慶大學(xué) 2013
碩士論文
[1]青銅器文物碎片虛擬拼接技術(shù)研究及幾何特征提取[D]. 王棟娟.中北大學(xué) 2017
[2]基于空間離散點集的三角剖分算法研究及在電磁散射中的應(yīng)用[D]. 付劍生.西南交通大學(xué) 2016
[3]基于webGL的交互繪制應(yīng)用研究[D]. 龔旭超.浙江大學(xué) 2015
[4]Delaunay四面體剖分并行算法研究[D]. 霍吉東.中國石油大學(xué)（華東） 2013
[5]散亂點云模型三角網(wǎng)格化處理算法的研究與實現(xiàn)[D]. 高向敏.南京師范大學(xué) 2011
[6]三角網(wǎng)格模型光順與B樣條曲面擬合算法研究[D]. 張寅飛.南京航空航天大學(xué) 2005
本文編號：2949313
【文章來源】：中北大學(xué)山西省
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
青銅器原件圖
物屬于三維模型，需要使用三維掃描儀對其進行高精度激光掃描到包含孔洞的青銅器數(shù)據(jù)空間幾何信息。目前用于三維數(shù)據(jù)采集可以將三維模型掃描成點云進行存儲，只是各自精度不同。本章700 三維掃描儀對青銅器數(shù)據(jù)進行精確采集，其掃描速度為 48是由 7 束交叉激光線同時進行掃描。使用過程中僅需要一臺含ments 軟件的計算機即可，接通計算機與掃描儀，手持掃描儀對，在計算機上使用 Vxelements 軟件就可同步顯示點云數(shù)據(jù)，選激光線的形式掃描，根據(jù)計算機端顯示的點云數(shù)據(jù)完整性調(diào)整整。此三維掃描儀不僅使用方式方便快捷，并且在掃描完成后，三維點云格式，如 txt、obj 和 stl 等。雖存儲格式不同，但都包標(biāo)信息，以便后續(xù)的操作處理。圖 2.1 為青銅器原件圖，圖 2.2的青銅器點云數(shù)據(jù)圖。
.3.1 去噪三維點云中噪聲的主要來源如下：掃描儀的工作過程是激光照射到三維物體表面射的激光帶有方位距離等信息，而外界的光照溫度濕度等因素會造成激光束的偏差而形成噪聲。且青銅器由于顏色多呈灰綠色，與黑色的掃描背景顏色相近，不可避將部分掃描到的背景當(dāng)作模型的一部分，與常見的噪聲點不同，大范圍背景噪聲點形成雜塊噪聲。目前對于三維點云去噪方法已逐漸成熟，有拉普拉斯濾波算法[57]、雙邊濾波算8,59]、三邊濾波[60]和 L1 中值濾波法[61]等。對于本研究對象存在的雜塊噪聲，用以上噪算法會過度平滑邊界和細節(jié)部分，失去青銅器原有的幾何特征，不利于后續(xù)的修補以采用 Geomagic studio 12 軟件進行手工選擇噪聲區(qū)域和距離過濾的方式刪除雜塊。如圖 2.3 所示，圓形青銅器點云的右側(cè)有大塊噪聲塊存在，圖 2.4 是使用軟件根離范圍過濾掉噪聲塊的無噪聲青銅器點云圖。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于回溯雙向波前法虛擬修補點云孔洞[J]. 張琦,藺素珍,白佳璐,王棟娟. 測試技術(shù)學(xué)報. 2017(06)
[2]基于變分水平集的三維模型復(fù)雜孔洞修復(fù)[J]. 張婧,周明全,耿國華. 計算機應(yīng)用研究. 2018(04)
[3]散亂點云曲面邊界的二次提取算法[J]. 童立靖,鄭俊朝. 計算機工程. 2017(02)
[4]基于模板的人臉點云補洞方法[J]. 孫曉斐,宋萬忠. 現(xiàn)代計算機(專業(yè)版). 2017(05)
[5]曲面細節(jié)特征保持的三維模型孔洞修復(fù)方法[J]. 劉震,王艷賓,白麗麗,繆永偉. 計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報. 2016(12)
[6]帶洞點云多層同步表面重建方法[J]. 王筱婷,王璐,孟祥旭. 軟件學(xué)報. 2016(10)
[7]Delaunay三角剖分算法改進與對比分析[J]. 袁小翠,吳祿慎,陳華偉. 計算機應(yīng)用與軟件. 2016(09)
[8]多閾值提取平面點云邊界點的方法[J]. 廖中平,劉科,向雨,蔡晨光. 計算機應(yīng)用. 2016(07)
[9]結(jié)合邊折疊和局部優(yōu)化的網(wǎng)格簡化算法[J]. 劉峻,范豪,孫宇,陸向艷,劉艷. 計算機應(yīng)用. 2016(02)
[10]萬古傳物 百年樹人——淺談文物修復(fù)人才現(xiàn)狀及教育[J]. 張曉彤,詹長法. 遺產(chǎn)與保護研究. 2016(01)
博士論文
[1]面向館藏文物的三維數(shù)據(jù)獲取及可視化研究[D]. 俞朝暉.華南理工大學(xué) 2016
[2]數(shù)字化生存下的歷史文化資源保護與開發(fā)研究[D]. 趙東.山東大學(xué) 2014
[3]基于工業(yè)CT切片數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格模型簡化及優(yōu)化方法研究[D]. 張霞.重慶大學(xué) 2013
碩士論文
[1]青銅器文物碎片虛擬拼接技術(shù)研究及幾何特征提取[D]. 王棟娟.中北大學(xué) 2017
[2]基于空間離散點集的三角剖分算法研究及在電磁散射中的應(yīng)用[D]. 付劍生.西南交通大學(xué) 2016
[3]基于webGL的交互繪制應(yīng)用研究[D]. 龔旭超.浙江大學(xué) 2015
[4]Delaunay四面體剖分并行算法研究[D]. 霍吉東.中國石油大學(xué)（華東） 2013
[5]散亂點云模型三角網(wǎng)格化處理算法的研究與實現(xiàn)[D]. 高向敏.南京師范大學(xué) 2011
[6]三角網(wǎng)格模型光順與B樣條曲面擬合算法研究[D]. 張寅飛.南京航空航天大學(xué) 2005
本文編號：2949313
本文鏈接：http://www.lk138.cn/shekelunwen/kgx/2949313.html
教材專著
