基于激光扫描技术的文物三维数字化方法研究与应用

近年来，三维扫描技术产生并得到了广泛应用，三维扫描设备在精度和速度上都有很大提高，加上计算机虚拟现实技术的进步、计算机性能上的不断优化，这些都促进了文物数字化的良好发展。文物数字化是保护我们人类伟大历史遗产的有效手段。对文物数字化方法的深入研究具有非常深远的意义。本文对基于激光扫描技术的文物三维数字化的方法进行了研究，得到了不同文物的三维数字化方法，并结合陶瓷瓶、秦俑和青铜酒樽案例进行了应用验证。首先研究了文物三维数字化各个环节的理论基础依据，然后以光学三维测量设备VIVID910为基础，依托Imageware、Geomagic逆向工程软件，渲染软件3ds max、Vray等，以文物的曲面重构为重点，研究了不同类型文物的数字化方法。论文内容主要包括：研究了多种点云获取方式，分析了各种获取方式的特点，重点研究了非接触式测量中的光学测量原理。研究了学院已有扫描仪3DSS三维扫描仪和VIVID910的扫描原理，重点探讨了VIVID910测量方法。最终完成了对反光文物曲面以及哑光文物曲面的扫描，验证了提出的扫描方案。研究分析了点云数据处理的方法原理，并以多种类型古文物为研究对象，完成了不同的三维曲面的点云数据预处理。详细研究了三点对齐方法原理，并且论证了三点对齐方法。提出不同的文物曲面原始点云存在问题，分析总结了复杂纹理曲面及规则大曲面的点云处理方法。研究了曲面重构的基础理论依据。以快速曲面重构方法为重点，研究了一般曲面重构和快速曲面重构的方法。全面分析了引起曲面重构误差的各种原因。以多种具体文物为对象，分别在逆向软件Imageware、Geomagic环境中实现了规则文物曲面和异形文物曲面重构和精度评价，提出了减小曲面重构误差的方法。简要研究了纹理映射技术，详细探讨了纹理映射的实现方法，研究了两种纹理映射实现平台。通过对不同的文物模型进行实际纹理映射，研究出适合各种示例文物的纹理映射方法，总结出特定规律，并且得到较好的映射效果。