摘要
文物是人类宝贵的历史文化遗产，具有重要的历史、艺术、科学价值。将现今保存完整的文物精细数字重建存档、永久记录文物风采，对已破损文物数字复原、重现文物原貌，两者对于继承和延续传统文化具有重要意义。对称之美深入人心，对称文物在所有文物中占有很大比例。目前对称文物数字重建与破损复原仍存在基于单一数据源的对称文物数字重建困难、数字重建模型精细程度低、因缺少破损部分信息造成数字复原困难等问题。针对上述问题，本文深入挖掘文物对称性特点，通过研究影像与激光点云配准方法实现对称文物多源数据融合重建；设计一种新的数据采集方案获取更完整大型对称文物信息，从而提高大型对称文物重建的精细程度；研究基于对称信息的文物破损数字复原方法和针对缺失对称信息面部破损雕像的数字复原方法以恢复对称文物原貌。主要研究内容如下： （1）针对现今影像与激光点云配准方法大多以点、线、面及其组合为配准基元，很少从更高层次探索文物内在特征规律的问题，本文从文物的对称性出发，提出一种基于对称平面的影像与激光点云配准方法。该方法通过深度学习网络获取文物影像点云与激光点云的镜面对称平面，将点云投影到镜面对称平面生投影点云集，获取影像点云与激光点云尺度参数，提取投影点云的不变四点特征，实现影像投影影像点云和投影激光点云的初始配准，并根据投影点云的转换参数，实现三维影像点云与三维激光点云的初始配准，最后利用设置虚拟点的ICP配准方法来优化影像点云与激光点云的配准结果。 （2）针对大型对称文物结构复杂、传统数据采集方案获取文物信息不完整、文物数字重建结果精细程度低的问题，设计了一种空中无人机贴近摄影测量+地面激光扫描的数据采集方案。通过航点设置，实现无人机贴近大型文物环绕飞行；采用+15°、0°、-30°三个云台倾角，镜头指向大型文物几何中轴线的方式有效降低文物自身遮挡带来的影响；然后用地面激光扫描仪获取大型对称文物被自身遮挡的近地面信息。最终利用本文所提影像与激光点云配准方法实现无人机影像点云与激光点云的精确配准，获得大型文物精细重建模型。 （3）针对破损对称文物数字复原困难的问题，提出一种基于对称信息的文物数字复原方法。通过文物对称平面获取文物镜像点云，或文物几何中轴获取文物旋转点云，精确配准破损文物点云与镜像点云或旋转点云，借助BPD算法精确获取破损造成的文物点云孔洞边界，利用边界切割镜像点云或旋转点云，使文物破损部分点云孔洞得到填充，获得文物完整点云，实现对称文物破损数字复原。该方法要求文物破损部分的对称部分完整。 （4）针对本文所提基于对称信息的文物数字复原方法需要文物破损对称部分完整，否则无法达到理想复原效果的问题。以面部破损的雕像为研究对象，提出一种结合深度学习技术的面部破损雕像数字复原方法。该方法利用深度学习网络从单张雕像面部历史影像生成面部点云，将面部点云与雕像激光点云融合，实现面部破损雕像的数字复原。
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