基于多特征融合的文物碎片拼接算法研究

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1、分类号：ＴＰ３９１学校代码：１０６９７密级：公开学号：２０１５２０９５２ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ颀士字位论文Ｍ’ＡＳＴＥＲＳＤＳＳＥＲＴＡＴＩＩＯＮ基于多特征融合的文物碎片拼接算法研究学科名称：计算机应用技术作者：袁洁指导老师：周明全教授西北大学学位评定委员会二〇—八年六月ResearchonReassemblyofCulturalFragmentsBasedonMulti-FeatureFusionAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentofth

2、erequirementsforthedegreeofMasterinComputerApplicationTechnologyByYuanJieSupervisor:ZhouMingquanProfessorJune2018摘要计算机辅助文物虚拟复原技术主要应用于破损文物的拼合，该技术不仅有效缩短了文物复原的周期而且避免了人工复原对文物的再次破坏，因此相关研究也成为计算机图形学领域的研究热点。基于传统几何驱动的碎片拼接技术，依赖于碎片断裂部位几何信息的完整性及准确性，对断裂部位存在缺损的文物碎片容易失效。针对该问题，本文将拓扑特征和多特征融合应用于文物碎片拼接，围绕断裂部位不同程度受损的

3、碎片拼合问题，展开相关研究。本文研究工作主要包括：（1）针对断裂部位边缘受损而引起的轮廓曲线无法充分表示断裂面几何特征的文物碎片拼接问题，提出一种基于Morse-Smale拓扑特征的文物碎片自动拼接方法。首先，依据Morse-Smale复形理论构建并简化碎片断裂面的拓扑图；然后，定义基准点和0值面，利用目标点之间的对应高度差值，将拓扑图中四边形曲面构造成为能够有效表示断裂面特征的描述符；最后，基于凹凸互补性计算初始特征四边形匹配集的误差，筛选出最优匹配集，确定邻接碎片关系。实验结果表明，针对断裂面结构信息较完整的破碎文物模型，该方法可取得较满意的拼接结果。（2）为了有效解决由于碎片断裂部位

4、受损造成几何特征缺失，采用传统的单一几何特征驱动方法难以拼合的问题，提出了一种基于断裂部位轮廓线双向距离场的文物碎片自动拼接方法。该算法融合碎片表面纹饰信息和断裂部位的多种几何特征，并且引入欧式距离一致性和凹凸互补性的多层约束条件，从而构造出能够有效判断碎片之间邻接关系的特征描述符，判断出碎片之间的邻接关系。另外，特征提取过程中采用非均匀采样，减少了均匀采样过程中的冗余点，提高了碎片拼合的效率。实验结果表明，该方法不仅避免了传统的断裂面拼合方法数据量大而带来的高时间代价，而且针对断裂部位存在不同程度缺损但表面纹饰结构清晰的碎片拼合具有一定的优势。关键词：碎片拼接，特征提取，多特征融合，相似

5、性度量，距离场，刚体变换IABSTRACTThevirtualculturalrelicrestorationtechnologyofcomputer-assistedismainlyappliedtothereassemblyofdamagedculturalrelics.Itnotonlyshortenstherestorationperiodofculturalrelicsbutalsoavoidstheartificialdestructionoftherelics.Therefore,relatedresearchhasbecomeahotspotinthefieldofcomp

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

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