本書選取秦始皇兵馬俑為典型案例，探討一帶一路沿線文物可以采取的虛擬復原技術。作為國家自然科學基金項目、陜西省社會科學重大理論與現(xiàn)實問題研究項目，本書重點討論一帶一路沿線文物的數(shù)字化保護方案，針對以兵馬俑為代表的剛體文物碎塊確定三維數(shù)據(jù)模型，采取基于斷裂面上多特征的碎塊匹配方法，將相鄰碎塊進行匹配拼接，從而實現(xiàn)文物的虛擬復原，以此對一帶一路沿線文物的虛擬復原進行技術可能性的探討。
·基于剛體文物碎塊的三維數(shù)據(jù)模型對文物虛擬修復進行探討；
·基于斷裂面上多特征的碎塊匹配方法實現(xiàn)文物的虛擬復原
趙夫群
女，博士，西安財經(jīng)大學副教授、碩士研究生導師，中國（西安）絲綢之路研究院副研究員，主要從事絲綢之路沿線文物保護研究和文物虛擬復原等方面的研究工作。參與完成國家自然科學基金項目2項，主持省級科研項目4項、廳局級項目多項；發(fā)表科研論文60余篇，獲得陜西省高等學校科學技術獎1項、授權專利7項。
第一章 文物虛擬復原概述 7
1.1 引言 7
1.2 文物虛擬復原的背景 7
1.3 文物虛擬復原的流程 9
1.4 文物虛擬復原的研究現(xiàn)狀 10
1.4.1 碎塊分類研究現(xiàn)狀 11
1.4.2 外表面分割研究現(xiàn)狀 15
1.4.3 碎塊匹配研究現(xiàn)狀 17
1.5 文物虛擬復原的意義 19
1.6 研究內(nèi)容和創(chuàng)新點 20
1.6.1 研究內(nèi)容 20
1.6.2 創(chuàng)新點 21
1.7 本章小結 22
第二章 文物碎塊數(shù)據(jù)模型獲取和預處理 23
2.1 引言 23
2.2 碎塊數(shù)據(jù)模型獲取 23
2.3 碎塊模型的特點 25
2.4 模型預處理 27
2.4.1 模型去噪 27
2.4.2 模型簡化 28
2.4.3 孔洞修補 30
2.5 本章小結 31
第三章 幾何特征保持的文物點云去噪 33
3.1 引言 33
3.2 基于柵格的大尺度噪聲刪除 34
3.2.1 柵格劃分 34
3.2.2 大尺度噪聲刪除 35
3.3 基于特征加權FCM的小尺度噪聲刪除 36
3.3.1 FCM算法 36
3.2.2 特征加權FCM算法 37
3.4 本章去噪方法的步驟 38
3.5 實驗結果與分析 39
3.6 本章小結 41
第四章 基于幾何屬性和k-D樹的碎塊配準 43
4.1 引言 43
4.2 基于法矢和曲率的點云粗配準 44
4.2.1 計算法矢和曲率 44
4.2.2 檢測配準點對 45
4.2.3 度量相似性 46
4.2.4 剔除錯配點對 46
4.3 基于k-D tree的精配準 48
4.4 本章配準方法的步驟 48
4.5 實驗結果與分析 49
4.5 本章小結 51
第五章 基于顯著區(qū)域和二維形狀特征的碎塊分類 53
5.1 引言 53
5.2 基于顯著區(qū)域的粗分類 54
5.2.1 顯著區(qū)域特征提取 54
5.2.2 碎塊粗分類 56
5.3 基于二維形狀的細分類 57
5.4 本章分類方法的步驟 58
5.5 實驗結果與分析 58
5.5.1 公共點云分類 58
5.5.2 文物碎塊點云分類 60
5.6 本章小結 63
第六章 基于分割線的斷裂面提取 65
6.1 引言 65
6.2 分割線構造 65
6.2.1 分割特征點提取 65
6.2.2 封閉分割線生成 67
6.3 斷裂面識別 69
6.4 本章斷裂面提取方法的步驟 70
6.5 實驗結果與分析 71
6.6 本章小結 72
第七章 基于ISS特征點的斷裂面匹配 75
7.1 引言 75
7.2 鄰域半徑約束的ISS特征點提取 76
7.3 基于ISS特征點的粗匹配 77
7.4 基于尺度ICP的精匹配 78
7.5 本章匹配方法的步驟 80
7.6 實驗結果與分析 81
7.6.1 兩個碎塊的匹配 82
7.6.2 多個碎塊的整體拼合 84
7.7 本章小結 88
第八章 特征區(qū)域和多參數(shù)ICP結合的斷裂面匹配 89
8.1 引言 89
8.2 基于凹凸性判斷的特征區(qū)域提取 89
8.3 基于特征區(qū)域相似性判斷的粗匹配 90
8.4 多參數(shù)ICP的斷裂面精匹配 92
8.4.1 ICP算法 92
8.4.2多參數(shù) ICP算法 93
8.5 本章匹配方法的步驟 98
8.6 實驗結果與分析 99
8.6.1 兩個碎塊的匹配 99
8.6.2 多個碎塊的整體拼合 102
8.7 本章小結 105
第九章 基于2D圖像特征的斷裂面匹配 107
9.1 引言 107
9.2 基于區(qū)域?qū)哟蔚拇制ヅ?108
9.2.1 區(qū)域劃分 108
9.2.2 基于4PCS的區(qū)域匹配 109
9.3 3D點云的BA圖像表達 110
9.4 3D變換矩陣求解 111
9.5 本章匹配方法的步驟 112
9.6 實驗結果與分析 113
9.6.1 公共數(shù)據(jù)模型配準 113
9.6.2 兩個碎塊的匹配 116
9.6.3 多個碎塊的整體拼合 119
9.7 本章小結 120
第十章 基于IDSC和SVD的斷裂面匹配 121
10.1 引言 121
10.2 基IDSC的斷裂面粗匹配 122
10.2.1 基于IDSC的圖像匹配 122
10.2.2 點云剛體變換求解 123
10.3 基于SVD的精匹配 124
10.4 本章匹配方法的步驟 126
10.5 實驗結果與分析 126
10.5.1 不同類型的點云配準 127
10.5.2 兩個碎塊的匹配 129
10.5 本章小結 131
第十一章 多特征融合的斷裂面匹配 133
11.1 引言 133
11.2 基于雙層邊界區(qū)域生長的輪廓線提取 134
11.3 基于輪廓線的粗匹配 134
11.3.1 輪廓線曲率和撓率的計算 134
11.3.2 輪廓線特征串的匹配 136
11.4 多特征提取與融合 137
11.4.1 幾何特征計算 137
11.4.2 特征參數(shù)融合 139
11.5 多特征融合的斷裂面精匹配 140
11.6 實驗結果與分析 142
11.6.1 兩個碎塊的匹配 142
11.6.2 多個碎塊的整體拼合 146
11.7 本章小結 147
第十二章 研究總結與展望 149
12.1 研究總結 149
12.2 發(fā)展展望 151
參考文獻 145
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