基于多特征融合的文物碎片拼接算法研究

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1、分類號(hào)：ＴＰ３９１學(xué)校代碼：１０６９７密級(jí)：公開(kāi)學(xué)號(hào)：２０１５２０９５２ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ頎士字位論文Ｍ’ＡＳＴＥＲＳＤＳＳＥＲＴＡＴＩＩＯＮ基于多特征融合的文物碎片拼接算法研究學(xué)科名稱：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)作者：袁潔指導(dǎo)老師：周明全教授西北大學(xué)學(xué)位評(píng)定委員會(huì)二〇—八年六月ResearchonReassemblyofCulturalFragmentsBasedonMulti-FeatureFusionAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentofth

2、erequirementsforthedegreeofMasterinComputerApplicationTechnologyByYuanJieSupervisor:ZhouMingquanProfessorJune2018摘要計(jì)算機(jī)輔助文物虛擬復(fù)原技術(shù)主要應(yīng)用于破損文物的拼合，該技術(shù)不僅有效縮短了文物復(fù)原的周期而且避免了人工復(fù)原對(duì)文物的再次破壞，因此相關(guān)研究也成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?；趥鹘y(tǒng)幾何驅(qū)動(dòng)的碎片拼接技術(shù)，依賴于碎片斷裂部位幾何信息的完整性及準(zhǔn)確性，對(duì)斷裂部位存在缺損的文物碎片容易失效。針對(duì)該問(wèn)題，本文將拓?fù)涮卣骱投嗵卣魅诤蠎?yīng)用于文物碎片拼接，圍繞斷裂部位不同程度受損的

3、碎片拼合問(wèn)題，展開(kāi)相關(guān)研究。本文研究工作主要包括：（1）針對(duì)斷裂部位邊緣受損而引起的輪廓曲線無(wú)法充分表示斷裂面幾何特征的文物碎片拼接問(wèn)題，提出一種基于Morse-Smale拓?fù)涮卣鞯奈奈锼槠詣?dòng)拼接方法。首先，依據(jù)Morse-Smale復(fù)形理論構(gòu)建并簡(jiǎn)化碎片斷裂面的拓?fù)鋱D；然后，定義基準(zhǔn)點(diǎn)和0值面，利用目標(biāo)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)高度差值，將拓?fù)鋱D中四邊形曲面構(gòu)造成為能夠有效表示斷裂面特征的描述符；最后，基于凹凸互補(bǔ)性計(jì)算初始特征四邊形匹配集的誤差，篩選出最優(yōu)匹配集，確定鄰接碎片關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，針對(duì)斷裂面結(jié)構(gòu)信息較完整的破碎文物模型，該方法可取得較滿意的拼接結(jié)果。（2）為了有效解決由于碎片斷裂部位

4、受損造成幾何特征缺失，采用傳統(tǒng)的單一幾何特征驅(qū)動(dòng)方法難以拼合的問(wèn)題，提出了一種基于斷裂部位輪廓線雙向距離場(chǎng)的文物碎片自動(dòng)拼接方法。該算法融合碎片表面紋飾信息和斷裂部位的多種幾何特征，并且引入歐式距離一致性和凹凸互補(bǔ)性的多層約束條件，從而構(gòu)造出能夠有效判斷碎片之間鄰接關(guān)系的特征描述符，判斷出碎片之間的鄰接關(guān)系。另外，特征提取過(guò)程中采用非均勻采樣，減少了均勻采樣過(guò)程中的冗余點(diǎn)，提高了碎片拼合的效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法不僅避免了傳統(tǒng)的斷裂面拼合方法數(shù)據(jù)量大而帶來(lái)的高時(shí)間代價(jià)，而且針對(duì)斷裂部位存在不同程度缺損但表面紋飾結(jié)構(gòu)清晰的碎片拼合具有一定的優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：碎片拼接，特征提取，多特征融合，相似

5、性度量，距離場(chǎng)，剛體變換IABSTRACTThevirtualculturalrelicrestorationtechnologyofcomputer-assistedismainlyappliedtothereassemblyofdamagedculturalrelics.Itnotonlyshortenstherestorationperiodofculturalrelicsbutalsoavoidstheartificialdestructionoftherelics.Therefore,relatedresearchhasbecomeahotspotinthefieldofcomp

6、utergraphics.Thereassemblyoffracturedfragmentsbasedonthetraditionalgeometry-drivendependshighlyontheintegrityandaccuracyofthegeometricinformationonthefracturesiteofthefragments,soitpronetofailureonthefragmentswithdefectsatthefracturesite.Inordertoaddressthisproblem,thispaperappliestopologicalfeatu

7、resandmulti-featuresfusiontothereassemblyofculturalrelic,andfocusesonthefragmentationofdifferentdamagedfragments.Themainresearchworksofthispaperareincludedasfollows:(1)Aimingattheproblemthatthecontourcurvecausedb