基于图像的旋转体文物重建系统的研究与实现

摘要

博物馆是收集、保护和展示各种重要文物的场所,但展览空间有限,在实现资源共享、传播古老中国文化方面存在诸多限制。随着计算机和网络的发展,用数字化手段建成基于网络的数字化博物馆系统,可以较好地解决这些问题。而文物的三维重建技术则是数字化博物馆建设中最关键的技术之一。
　　 旋转体是文物中比较常见的一类。在出土的大量文物中,许多陶器、瓷器、铁器、铜器等都是旋转体,旋转体的三维重建技术在文物保护、展示等方面具有重大意义。因此,研究如何从现实世界直接和快速地重建旋转体的三维模型,逐渐成为计算机图形学和计算机视觉领域的研究者努力的目标。
　　 根据使用设备的不同,旋转体的三维重建主要可以分为两类方法:基于三维扫描的方法和基于二维图像的方法。前者能够精确获取旋转体的三维点云模型,但具有代价昂贵、使用方法具有侵略性、适用范围受限、数据采集不完善等缺点,并不适用于旋转体文物。后者则以使用摄像设备的方法为主,具备成本低、设备灵活、彩色纹理获取简单等特点。基于二维图像的方法也主要有两类:一类是由二维图像重建出三维点云模型,再进行表面重建,不但适用于旋转体对象,也适用于其它现实物体,但获取的点云模型通常存在噪声多、数据点稀疏不完整等问题。另一类充分利用了旋转体特有的几何结构,通过二维图像直接估计旋转体的旋转轴和母曲线,是旋转体三维重建研究的主流方法,但通常难以获取完整的纹理信息。
　　 本文在前人工作的基础上,研究设计基于多幅图像的旋转体文物重建系统。该系统使用价格较低的照相机设备取代三维扫描仪来获取三维点云模型,既可以解决三维扫描仪设备价格昂贵的问题,还能获取到完整的纹理信息。同时充分利用旋转体固有的几何特性,通过计算旋转轴和母曲线重建三维表面模型,比通用的重建方法更有针对性,能有效处理点云模型获取过程中遗留下来的噪声多、数据点稀疏不完整等问题。
　　 本文的主要工作包括以下几个方面:
　　 1)利用旋转体结构上特有的几何特性,研究并实现基于图像的旋转体文物重建系统,并对系统中采用的关键技术进行研究,分析实验结果
　　 2)采用SDM方法拟合母曲线。为了降低点云稀疏和噪声点多等问题对算法的影响,在进行曲线拟合之前,引入移动最小二乘法进行预处理,改善重建结果。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 主要工作

1.4 文章结构

第2章 相关知识

2.1 基于图像的三维点云模型获取

2.2 旋转体

2.2.1 旋转轴的计算

2.2.2 母曲线的估计

2.3 本章小结

第3章 母曲线估计方法

3.1 引言

3.2 平面投影

3.3 投影点细化

3.3.1 移动最小二乘法

3.3.2 改进的移动最小二乘法

3.4 曲线拟合

3.5 实验结果与分析

3.6 本章小结

第4章 系统设计与实现

4.1 系统流程

4.1 系统界面

4.3 系统实现

4.3.1 三维点云模型的获取及实验结果

4.3.2 旋转轴的计算及实验结果

4.3.3 母曲线的估计及实验结果

4.4 重建结果

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参与的科研项目

学位论文评阅及答辩情况表