几何特征约束的网格文物模型修补技术研究

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1、分类号:TP391学校代码：10697密级:公开学号：201531457几何特征约束的网格文物模型修补技术研究学科名称：计算机技术作者：余凡指导老师：耿国华教授西北大学学位评定委员会二〇一八年六月ResearchonMeshCulturalRelicModelRepairTechnologywithGeometricFeatureConstraintsAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMaste

2、rinComputerTechnologyByYuFanSupervisor:GengGuohuaProfessorJune2018摘要当前出土的文物模型存在缺损程度不同、类型不一的孔洞，需要利用模型修补技术尽可能地恢复模型完整性，将模型更具真实感地呈现在人们的视野中，而现有模型修补方法难以精确恢复模型特征。因此，本文以样本填充和波前法为基础，针对不同缺损程度的文物，分别提出两种模型修补算法，主要工作如下：（1）针对缺损严重、含有较大孔洞的模型，提出一种模型形状约束的样本填充技术。首先利用模板模型与孔洞的投影面积差异度确定可填充模型的

3、初始匹配候选集，通过双稀疏表示的能量函数预测最优匹配模型；然后根据模型特征点及相邻点间的固有属性定义表示模型对齐关系的特征描述子；最后利用模型现有的几何特征进行配准度量，将碎块填充到孔洞中。实验表明，该算法解决了传统三维虚拟复原中缺损区域面积大导致修补效果差的问题。（2）针对上述样本填充技术对细小孔洞难以达到理想修补效果的问题，基于波前法提出一种直接在三维空间上生成新节点、构造新单元的孔洞修补算法。首先根据孔洞周围特征初步生成网格补丁；然后改进网格精细方法，提出网格密度控制的逐步细分技术，对初步修补的孔洞区域网格进行调整，使其近似于孔

4、洞周围网格密度；最后进行泊松表面重建。实验表明，该算法能够有效利用模型固有的几何特征属性，较好地还原三维网格模型中形状不规则的孔洞。（3）本文围绕文物模型数字化建模问题，以样本填充和网格重建技术为基础开发了基于几何特征约束的网格文物模型修补系统，该系统能够为专业人员提供必要的孔洞修补指导且在模型修补过程中被证明具有较强鲁棒性。关键词：三维网格模型，模型修补，样本填充，网格重建，泊松方程IIIABSTRACTThepresentunearthedculturalrelicmodelshavevariousholeswithdiffere

5、ntdefects.Thepurposeoftheholerestorationtechnologyistokeeptheintegrityofthemodelsasfaraspossibleandtoexhibitthemodelsmorerealisticallyinhuman’svision,whiletheexistingmethodsaredifficulttorecoverfeaturesofthemodelsprecisely.Basedonsamplefillingandadvancingfrontmethod,wep

6、roposetwokindsofmodelrestorationalgorithmsinthispaper,andthemainworkisasfollows:First,ashape-constrainedsamplefillingisproposedtosolvetheproblemthatthemodelhasseriousdefectandbighole.Thesimilarityoftheprojectionareabetweenfragmentandholeisusedtodeterminetheinitialmatchi

7、ngcandidateswhichcanbesewedupperfectlyinthehole.Thentheenergyfunctionofdoublesparserepresentationisusedtopredicttheoptimalmatchingmodel.Featuredescriptorisdefinedaccordingtotheinherentattributesbetweenmodelfeaturepointsandtheiradjacentpoints,andtheexistinggeometricfeatu

8、resofthemodelareusedforregistrationmeasurementtofillthefragmentinthehole.Thealgorithmsolvestheproblemthatthela