考古文物的数字化过程研究

文物的数字化工作是进行数字考古及计算机辅助文物复原的工作基础,在相关考古学研究中均有成功应用.文中阐述了应用于文物复原的破碎文物数字化过程及应用于馆藏文物的数字化过程,介绍并分析了相关数字化设备(FastScan和Inspeck)存在的一些技术问题,同时给出了这些问题的解决方案,从而使文物的数字化取得了不错的效果.经数字化的文物碎片为计算机辅助进行文物复原提供了可能,珍品馆藏文物经数字化后可以永久保存人类文化遗产信息,并可实现资源共享,同时减少了人为因素对文物的损坏.     

考古文物的数字化过程研究

文物的数字化工作是进行数字考古及计算机辅助文物复原的工作基础,在相关考古学研究中均有成功应用。文中阐述了应用于文物复原的破碎文物数字化过程及应用于馆藏文物的数字化过程,介绍并分析了相关数字化设备(FastScan和lnspeck)存在的一些技术问题,同时给出了这些问题的解决方案,从而使文物的数字化取得了不错的效果。经数字化的文物碎片为计算机辅助进行文物复原提供了可能,珍品馆藏文物经数字化后可以永久保存人类文化遗产信息,并可实现资源共享,同时减少了人为因素对文物的损坏。     

基于表面邻接约束的交互式文物碎片重组

为了有效地解决文物虚拟复原中因断裂部位表面受损严重而造成的几何特征缺失,导致已有的模型重组方法失效的问题,提出一种基于文物模型表面纹饰几何特征的交互式破损文物重组方法.首先通过生成显示脊线得到碎片表面纹饰的几何结构和主动轮廓线;然后领域专家根据几何纹饰的连贯性确定待拼合碎片的邻接关系,并给出初始位置及碎片的表面邻接约束,采用区域生长方法确定表面邻接约束点的最终位置;再以表面邻接约束点为中心获取初始匹配点集,并采用线段约束筛选出待拼合碎片间的最优匹配点对集;最后采用基于穷举搜索的形状匹配方法计算刚体变换,实现碎片拼合.实验结果表明,该方法能够实现复杂碎片的准确拼合.     

基于Morse-Smale拓扑特征的文物碎片拼接算法

针对计算机辅助文物虚拟复原中由于破损文物断裂部位边缘受损而引起的轮廓线不能充分表示断裂面几何特征的问题,提出了一种基于断裂面拓扑特征的破碎文物自动拼接算法.首先,定义碎片模型顶点显著度指标函数,提取断裂面特征点,依据Morse-Smale复形理论构建并简化断裂面的几何拓扑图;然后,通过定义基准点与0值面,从而计算目标点的对应高度差值,将拓扑图中四边形曲面构造成为能完整表示断裂面几何特征的特征描述符,并根据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;最后,采用四元组方法计算旋转、平移矩阵,利用穷举搜索法实现碎片的精确拼接.实验结果表明,该方法针对断裂部位边缘受损的破碎文物模型可获得较满意的拼接效果.     

基于显著几何特征的文物碎片分类

采用传统的基于文物碎片形状特征的分类方法对外形受损的文物碎片准确率低下。 有浮雕或者印记的文物表面存在一些规律性的显著几何特征,提取此类特征结构可更好地描述 受损文物形状特征。提出一种基于显著几何特征的文物碎片分类方法。首先给出显著几何特征 的定义并计算代表模型表面局部区域的局部表面描述符,然后通过对局部表面描述符聚类来提 取兵马俑碎片表面的显著几何特征,最后运用EMD 方法对显著几何特征进行匹配并确定分类。 实验结果表明该方法对兵马俑碎片的分类具有较高的准确率。     

基于内容的研究在虚拟文物复原中的应用

基于内容的研究，是近年来非常活跃的研究领域，而数字考古是近几年新兴的一门交叉学科，它是以计算机为基础的信息技术与传统教研学的结合。所进行的虚拟文物复原（计算机辅助文物复原）是其中的一项重要内容。该文讨论了基于内容的研究在虚拟文物复原中的应用。     

基于视觉曲率估算的文物线图绘制方法

针对表面富含噪声的文物三维模型特征线的有效提取问题,分析了预处理阶段导致纹理细节丢失的原因,提出了一种基于视觉曲率估算的文物线图自动绘制方法。首先,对三角网格模型顶点的高度函数空间进行均匀采样,通过统计高度函数中极值点的个数,实现对模型顶点的视觉曲率估算;然后,根据多尺度约束下模型顶点的视觉曲率分布,将模型划分为平坦区域和特征区域;接着,依据考古领域均值对特征区域的顶点进行锐化滤波,计算出新的三角网格模型的顶点坐标;最后,对三角网格模型提取特征轮廓线,实现对文物线图的自动绘制。实验结果表明,基于视觉曲率的特征轮廓线在保留文物模型表面纹理细节的同时,有效避免了简单脊线/谷线法绘制线图呈现的尖锐现象。     

基于关键点特征描述子的三维文物碎片重组

对多个文物碎片进行重组时,确定文物碎片之间的邻接关系时间复杂度非常高;文物断裂部位因受损而存在一定的几何特征缺失,仅依靠断裂区域的几何特征进行拼接或重组难免会出现错误.鉴于此,提出一种基于关键点特征描述子的三维文物碎片重组方法.首先利用已有的文物"模板",采用内在形状签名算法提取文物"模板"和文物碎片原始面上的关键点;然后计算关键点的快速点特征直方图特征描述子;再通过比较其相似性来确定文物碎片在"模板"上的对应位置,即确定各个碎片断裂面之间的邻接关系;最后采用顺序拼合的方式及迭代最近点算法对多个碎片进行重组.实验结果表明,该方法能够有效地提高文物碎片虚拟拼接的效率.     

基于智能算法的破碎文件拼接复原技术的研究

破碎文件的拼接在司法物证复原、历史文献修复以及军事情报获取等领域都有着重要的应用。随着科技的发展,破碎文件的自动拼接技术以及拼接复原效率是目前研究的热点问题。对于单一方向的破碎文件,文中采用0-1匹配、Pearson相关系数的灰度匹配,针对破碎文件的长短、多少,以及中英文等情况建立了两种模型;对于横切和纵切方向的破碎文件,采用聚类分析和灰度匹配建立模型并进行相应处理,从而实现对这些破碎文件的全自动或半自动拼接复原。     

引入力触觉的数字文物多模交互方法

目的 针对当前文物资源由传统的实体文物向虚拟展示和数字文物进行扩展的趋势,如何提供一种多模态的信息呈现方式就显得尤为重要。通过将力触觉技术引入3维文物展示领域,提出一种基于多模感知的3维文物交互式呈现的算法框架。在对文物的基本特征进行视、听、触觉多通道分析的基础上,依据用户与文物模型的接触状态对多通道信息进行计算和整合。方法 在力触觉计算渲染方面,基于嵌入深度构建弹簧系统模拟轮廓形状的接触过程,引入动摩擦和静摩擦因数来反映表面摩擦力这一材质特征,通过法线贴图来实现文物表面纹理的触觉处理;针对交互的环境由2维平面拓展至立体空间,结合力触觉设备将操作时的行为和状态映射为虚拟环境中的操作代理,借助操作代理构建"旋转"和"选择-移动-释放"两种基本的操作范式来实现用户意图;最后,物理引擎的引入将物体的基本运动规律集成至虚拟场景,提升场景交互的真实感.结果 使用Phantom Omni手控器搭建面向馆藏文物的多模感知实验系统,抽取志愿者对实验系统进行测评。实验结果表明：运用本文方法,用户可从视觉、听觉、触觉多个通道对数字文物的整体和细节信息进行感知,且交互的整体过程简单、自然、有效。结论 本文提出的基于多模感知的数字文物交互式呈现方法,可有效实现对各类数字遗产特别是3维文物的多模重现,在保证较高实时性的同时拥有良好的可用性和情感体验效果。     

基于地理本体的不可移动文物信息参考模型研究及应用

数字博物馆是建立以存储、管理和展示文物为目的的信息系统,以往的大都是面向可移动文物的.本文研究基于地理本体的数据表示模型,基于本体的方法可以为不可移动文物添加丰富的语义信息,而GIS可以为不可移动文物提供地理信息上的支持,结合两者,将可以构建面向不可移动文物的信息参考模型.     

佛山嫁娶屋建筑艺术与历史初考

嫁娶屋是佛山古镇在商贸大都会背景和市井商业文化的特殊条件下产生的典型民俗文物,是广府民俗文化中一个特殊的亮点。本文在首次考察佛山文物的基础上,尝试从其建筑艺术与产生缘由两个方面进行初步探讨。     

Diffusion model of evolution of superthermal high-energy particles under scaling in the early universe. II. Early stages

The evolution of a superthermal relic component of the plasma is studied on the basis of a non-equilibrium model of Universe and a Fokker-Planck type kinetic equation suggested by one of the authors. The occurrence of two maxima in superthermal particle distribution is shown. The first of these maxima can later evolve to an equilibrium distribution while the second one can give us a high-energy tail of superthermal relic particles.     

基于计算机辅助设计的文物数字化方法研究

文化遗产的数字化为文化遗产的保护、传承和发展提供了新的思路,利用计算机辅助设计和数字化方法将文化遗产进行数字化转换,基于三维扫描仪获取文物点云数据,建立了文物点云数据精简模型,研究了文物三维模型重建方法,构建了文物三维模型的纹理映射机制,给出基于Web技术的文物虚拟展示方案,构建了文物数字化技术路线,最后结合青铜牛尊案例对所研究的关键技术进行说明。     

一种改进的薄壁文物碎片特征轮廓线提取技术

针对使用一般的边界提取方法提取三维网格模型特征轮廓线不完整问题,提出一 种新的薄壁文物碎片特征轮廓线提取的综合算法。区别了特征轮廓线和轮廓线的概念,引入主 轮廓线和次轮廓线以及二级邻接生长曲面的概念。主轮廓线的提取使用改进的基于边重数判断 的提取方法;提出次轮廓线的一种新的提取方法：首先对三维网格曲面分割并识别断裂面,然 后对断裂面的二级邻接生长曲面进行曲面扫描,提取次轮廓线;最后从主轮廓线和次轮廓线中 得到三维模型的特征轮廓线。使用该算法准确地提取了文物碎片的特征轮廓线,实验结果表明 此方法稳定且准确。     

实体模型的三轴数控粗加工刀轨生成算法

提出一种适合实体模型的三轴数控粗加工刀位轨迹生成算法。首先根据加工行距作一组平行于刀轴的平面，与模型的待加工表面求交，得到一系列交线；再根据精度规划一组垂直于刀轴的分层平面，与上述交线求交，在每一分层平面上判断加工区域，规划出加工刀位轨迹，将每一分层平面上的刀位轨迹较适当的方式连接起来，就构成零件的整体加工轨迹。该算法避免了轮廓环等距、自交处理和布尔运算等复杂的计算过程；同时，对生成开型腔的加工刀位轨迹也是有效的。     

结合PCA与HEIV的椭圆目标检测算法

提出结合主元变换与异方差变量含误差模型的椭圆识别与定位方法。根据椭圆长轴对应于椭圆主元方向的特点,利用主元变换法将目标边缘数据变换到主元坐标系,给出新的椭圆轮廓度误差评定方法,将变换后数据点集的椭圆轮廓度误差作为椭圆识别的依据,采用基于异方差变量含误差模型的拟合算法获取椭圆的中心坐标。该方法将任意椭圆转化为标准型椭圆,简化了识别过程,考虑到椭圆数据点的异方差特性,提高了椭圆的定位精度,在噪声方差为0.05情况下,定位精度小于0.04 pixel。     

Generating subdivision surfaces from profile curves

The construction of freeform models has always been a challenging task. A popular approach is to edit a primitive object such that its projections conform to a set of given planar curves. This process is tedious and relies very much on the skill and experience of the designer in editing 3D shapes. This paper describes an intuitive approach for the modeling of freeform objects based on planar profile curves. A freeform surface defined by a set of orthogonal planar curves is created by blending a corresponding set of sweep surfaces. Each of the sweep surfaces is obtained by sweeping a planar curve about a computed axis. A Catmull-Clark subdivision surface interpolating a set of data points on the object surface is then constructed. Since the curve points lying on the computed axis of the sweep will become extraordinary vertices of the subdivision surface, a mesh refinement process is applied to adjust the mesh topology of the surface around the axis points. In order to maintain characteristic features of the surface defined with the planar curves, sharp features on the surface are located and are retained in the mesh refinement process. This provides an intuitive approach for constructing freeform objects with regular mesh topology using planar profile curves.     

三维轮廓光切法测量的图像获取及处理

介绍了基于光切法的脚型三维轮廓测量原理，针对多CCD光切测量系统组成，提出一种使用中轴跟踪和改进测偏原理相结合的高精度提取轮廓光带中心线的新方法，详述了光切面轮廓图像的提取及处理过程，并通过对提取中心线的坐标变换，获得了完整的脚型断面轮廓数据。实验结果表明该方法处理效果令人满意。