面向数字化文物修复的孔洞修补算法研究

发布时间：2022-11-10 18:00

　　文物是文化传承的重要载体,但是受自然环境与人类活动的影响,文物会出现不同程度的损毁,修复文物、还原文物全貌一直是各大文物修复基地工作的重点。传统文物修复采用手工翻模或黏土塑形,这类接触式修复方式不可避免会对文物造成二次损伤。随着三维数字化技术的发展与进步,无损、高效的数字化修复方式走入了文物修复者的视线。逆向工程与快速成型技术为文物的数字化修复提供了技术支持。在逆向工程中,采用点云精简完成点云数据量的压缩,提高数据处理效率,但现有研究往往忽略了特征点的提取问题,使得精简后的模型部分特征点丢失。另外,表面存在的孔洞使得模型特征点丢失更为严重,严重破坏了模型的完整性。因此,本文着重研究了点云模型特征点提取与孔洞修补,实现了文物的数字化修复。论文主要研究内容如下:（1）提出一种基于反距离权重与密度的点云特征点检测算法。算法基于阈值检测思想,可适用于多种类型点云模型的特征点检测,根据点云初始分布计算反距离权重与点云密度,以基于反距离权重的加权等效合力与点云密度作为综合检测参数判定目标点是否为特征点。提取出点云模型中的特征点后,根据平均曲率对非特征点分区,对不同区域设置不同精简率完成点云精简。实... 

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 课题研究的目的与意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 数字化文物修复国内外现状
        1.3.2 点云模型特征点检测算法国内外现状
        1.3.3 孔洞修补算法国内外现状
    1.4 论文的研究内容与技术路线
第2章 相关技术与理论
    2.1 逆向工程中的关键技术
        2.1.1 数据获取方式
        2.1.2 逆向工程中主要数据类型
        2.1.3 点云数据预处理
        2.1.4 逆向软件
    2.2 快速成型技术
    2.3 逆向工程与快速成型技术的数据对接
    2.4 孔洞修补算法相关原理
        2.4.1 孔洞类型
        2.4.2 三角网格模型中的边界识别方法
        2.4.3 点云重建与三角剖分
        2.4.4 曲率
    2.5 本章小结
第3章 基于特征点提取的点云精简
    3.1 基于反距离权重与密度的特征点检测算法
        3.1.1 点云拓扑关系建立
        3.1.2 微切平面拟合
        3.1.3 基于反距离权重的加权等效合力计算
        3.1.4 点云密度计算
        3.1.5 特征点检测
    3.2 基于平均曲率的点云精简
        3.2.1 平均曲率估算
        3.2.2 点云精简
    3.3 实验与结果分析
        3.3.1 特征点检测算法实验与结果分析
        3.3.2 点云精简实验与结果分析
    3.4 本章小结
第4章 基于改进波前法的孔洞修补算法
    4.1 三角网格模型的孔洞边界识别
    4.2 离散点插入与检验
        4.2.1 孔洞边界预处理
        4.2.2 离散点与三角面插入
        4.2.3 新增顶点合理性检验
        4.2.4 Delaunay 检验
    4.3 基于法矢和曲率的新增顶点调整
        4.3.1 三角网格模型顶点法矢估算
        4.3.2 三角网格模型顶点曲率估算
        4.3.3 顶点调整
    4.4 基于多向波前法的岛屿孔洞修补
    4.5 实验与结果分析
    4.6 本章小结
第5章 数字化文物修复实现
    5.1 数据采集
    5.2 数据处理
        5.2.1 点云模型去噪
        5.2.2 点云模型拼接
        5.2.3 点云数据精简
        5.2.4 孔洞修补
    5.3 文物复制品的快速成型制造
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于泊松方程的孔洞修补算法[J]. 李月雯,耿国华,魏潇然.  计算机工程. 2017(10)
[2]采用密度空间聚类的散乱点云特征提取方法[J]. 张雨禾,耿国华,魏潇然,石晨晨,张顺利.  西安电子科技大学学报. 2017(02)
[3]一种散乱点云的均匀精简算法[J]. 李仁忠,杨曼,刘阳阳,张缓缓.  光学学报. 2017(07)
[4]自由曲面熔覆路径的点云切片算法研究[J]. 黄海博,孙文磊,黄勇,陈影.  激光技术. 2017(05)
[5]具有自适应压缩机制的STL网格模型切片方法[J]. 王亚萍,寇晨光,葛江华,隋秀凛,王磊.  哈尔滨理工大学学报. 2017(01)
[6]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)
[7]动态生长的自组织神经网络点云重建技术[J]. 张月,戴宁,刘浩,李大伟.  计算机辅助设计与图形学学报. 2016(09)
[8]一种改进的最小二乘平面拟合算法[J]. 李伟,孙元超,李宗春,王永强,郭风成.  测绘科学. 2017(01)
[9]采用半边编码的三角网格拓扑数据结构[J]. 张应中,谢馥香,罗晓芳,王钦瑞.  计算机辅助设计与图形学学报. 2016(02)
[10]基于马尔科夫随机场的散乱点云全局特征提取[J]. 张靖,周明全,张雨禾,耿国华.  自动化学报. 2016(07)

硕士论文
[1]三维激光扫描点云边界检测和孔洞修补技术研究[D]. 胡志胜.中国矿业大学 2016
[2]基于逆向工程技术的文物数字化建模及应用[D]. 姚增凯.陕西科技大学 2014
[3]面向数控加工的三角网格法矢量与曲率计算方法研究[D]. 赵秋艳.湖南大学 2013
[4]三维数字技术在博物馆中的应用探究[D]. 李英赫.内蒙古大学 2013
[5]基于激光扫描技术的文物三维数字化方法研究与应用[D]. 周亚男.陕西科技大学 2012
[6]散乱点云数据处理相关算法的研究[D]. 刘立强.西北大学 2010
[7]三角网格离散曲率估计和Taubin方法改进[D]. 齐宝明.大连理工大学 2008



本文编号：3705050