三维点云模型的孔洞修补算法研究
对遗址、遗存和遗骸等文物进行保护和修复是文化遗产数字化保护研究的重要领域,由于自然腐蚀、出土过程和人为破坏等因素,使得文物许多存在残损、孔洞、碎片化等缺陷,对其鉴别、复原、修补工作都带来了巨大障碍。三维模型作为数字化保护的重要工具,在虚拟复原、修补和展示等方面已得到非常广泛的应用,基于三维点云模型的孔洞修补算法也已成为国内外的研究热点。然而,已有的修补算法往往没有考虑待修补区域的局部特征,修补结果的全局性差,算法的鲁棒性也亟待提高。
针对这一问题,本文主要做了如下工作：第一,在深入对比分析国内外三维模型孔洞修补算法研究的基础上,按照孔洞的三类主要特征,即：大面积缺省数据集所形成的孔洞、锯齿复杂面孔洞及立体模型遮挡性孔洞,构建区域权值孔洞修补体系结构,实现了按照不同特征构造的区域划分。与现有的孔洞算法相比,这种新的划分方式能更优地适应不同复杂表面的孔洞模型。第二,改进了基于八叉树理论的三维模型最小空间切割算法,完成对三维点云模型的自动区域划分,并应用主成分分析将三维模型降维,与现有的最小空间切割算法相比,本文提出的方法具有适应曲率变化较大、对复杂切割面具有更好鲁棒性和更高的切割效率。
第三,提出一种基于三角网格结构的三维模型孔洞自动修补算法：网格加权
(Mesh-Weight)方法。在前期处理完成后,该方法先将空间图像细分到最小网格区域内,对最小网格区域进行顶点剖分,并根据邻域相关性的影响因子及权值连接路径择优选取最优填补路径。该算法融合了贪心、分治、迭代等算法的特点,属于复合型修补算法。
第四,在网格加权算法的基础上,设计并实现了三维模型孔洞修补系统,包括三维点云数据文件的导入、导出、孔洞检测、网格剖分、区域网格填充、平滑处理、渲染等功能。将本文提出的网格加权孔洞修补算法应用到包含有大面积孔洞的出土文物的三维模型上,实
现里令人满意的修补效果,能够适应复杂曲面的孔洞形式,并验证了区域权值的预处理体系的完整性。
