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1、基于凹凸贴图的文物纹理重建技术研究第27卷第1期 计算机应用与软件Vol127No.12010年1月 puterApplicationsandSoftapextractionandbumpmappingareproposed.Firstly,pmappingreconstructionmethod,bybiningthepointcloudslicingtechnique,amethodofheightdifferenceextractionsuitableforculturalrelicsisobtained;Sec2ondly,afterthestudyofbumpmapp
2、ingbasedonheightmap,afastandefficientmethodforreconstructingculturalrelicsisbroughtup.Ex2perimentalresultshoethodcanemployfeissionandbropmapping Pointcloudslicing Mappingreconstruction0 引 言中国是一个文明古国,地大物博,具有悠久的传统文化遗产和历代大量的出土文物。由于技术、存放环境和自然条件的影响,这些历史遗迹和珍贵文物,正经受着不同程度的破坏。有些文物因保存条件差而面临氧化与霉变的问题。为了保护文
3、物,博物馆很少对外开放,其历史、艺术价值很难得到充分展示。随着计算机技术的飞速发展,为文物保护与展示开辟了一条崭新.17.论文的道路[1],其借助先进的多媒体和虚拟现实技术对中国丰富、灿烂的古代文化遗产进行数字化,建立数字化博物馆,更好地实现资源共享、文物虚拟展示和有效保护;同时解决了地域偏远所带来的参观不便,使人们足不出户便能欣赏到世界各地的文化瑰宝,也是展现我国灿烂的古代文明的重要途径。许多国内外的研究机构,围绕如何重建具有高度真实感的数字化模型已经开展了大量的研究工作。综观各种纹理重建技术,主要分为两类:基于摄影的表面纹理映射技术[2,3]只能将环绕物体所拍摄的照片机械地附着在
4、由多边形构成的3D骨架上,虽然可以为物体添加精致的表面细节,但是构造的模型仅适用于特定光照环境,其阴影不随光源的移动而移动,无法表现物体表面的凹凸起伏,给人感觉很不真实。国内外一些数字化博物馆采用三维激光扫描仪[4]获得文物的数字化模型,扫描所得模型精度太高,用于保存文物数据是合适的,若直接用于虚拟展示,漫游系统,将大大降低漫游的速度,影响展示的效果;同时许多文物凹凸纹理复杂,覆盖面广,造型难度大。因此,在对相关文献[2-8]分析研究的基础上,针对现有纹理重建技术的优缺点,提出了基于凹凸贴图的纹理重建技术。该技术是以文物虚拟展示、资源共享为主要目标,在场景中使用较少的多边形模拟文物表
5、面的凹凸起伏,资源占用少,便于X络传输与浏览。其基本技术思路为:①高度图提取:利用三维扫描技术获取文物点云模型,结合点云切片技术,求出文物点云模型相对于其具有光滑表面基模的高度图;②凹凸映射:利用由高度图转化的法线图对基模表面法向量进行扰动,根据扰动后的法向量计算光照方程,得到真实的文物表面明暗关系。如此具有真实法线信息的基模能适用于任何光照环境,效果逼真,同时简化了模型,便于X络传输与浏览。因此,为了满足基于凹凸贴图的纹理重建技术的需要,本文主要围绕高度图提取与凹凸映射两个问题展开。1 Bumpmapping的原理为了模拟物体表面凹凸不平的效果,文献[5]提出了一种凹凸纹理映射技术
6、bumpmapping,认为物体表现的粗糙质感是由表面点的法线信息而非几何位置决定的。其基本思想是扰动物体表面点的几何位置,进而对该点的表面法向量作微小改变。这种扰动并不改变物体表面采样点的实际几何位置及表面几何法线的方向,仅改变光照方程中的法线方向。原理如下:设参数曲面的方程为:X=X(u,v)Y=Y(u,v)Z=Z(u,v) (0≤u≤1 0≤v≤1)定义P(u,v)为参数曲面上一点,则该点表面法向量为N=Pu×Pv,单位法向量为n=(Pu×Pv)/‖Pu×Pv‖,式中:Pu和Pv为关于参数u、v的偏导数。将每个采样点沿其法线方向移动一个微小距离,如图1所示。即点P(u,v)移动
7、到点P′(u,v),移动后的曲面方程为:P′(u,v)=P(u,v)+b(u,v)n(1)式中b(u,v)为扰动函数,如果它连续可微,则新曲面上任意点的法向量为N′(如图2所示):N′=P′u×P′v(2)式中,P′u=Pu(u,v)+bu(u,v)n+b(u,v)nuP′v=Pv(u,v)+bv(u,v)n+b(u,v)nv假设扰动函数b(u,v)很小,将其略去,则式(2)可表示为:N′=Pu×Pv+bu(n×Pv)+bv(Pu×n)+bvbu(n×n)
