【正文】 在 年解密后適用本授權(quán)書。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果。本人授權(quán)南昌大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。隨著信息化技術(shù)在考古學(xué)及文物保護(hù)領(lǐng)域中應(yīng)用的深入，三維物體數(shù)字化及可視化技術(shù)在考古和文物保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重大的現(xiàn)實(shí)和歷史意義,能夠真實(shí)記錄考古文物數(shù)據(jù)，有利于文物的還原。可以快速、大量的采集空間點(diǎn)位信息，為快速、精確地獲取物體的三維信息，并進(jìn)而建立起科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)模型提供了一種全新的技術(shù)手段。三維物體數(shù)字化技術(shù)與可視化技術(shù)在考古學(xué)中的應(yīng)用，不僅能夠準(zhǔn)確獲取文物遺址的各類信息，而且與其他信息技術(shù)相結(jié)合可以拓展考古遺址三維數(shù)字模型的應(yīng)用范圍，如文物遺址的數(shù)字化存儲(chǔ)、測(cè)繪、文物修復(fù)、考古現(xiàn)場(chǎng)及遺址中的文物管理與監(jiān)測(cè)以及虛擬研究和展示等方面的應(yīng)用。②模型數(shù)據(jù)的大量簡(jiǎn)化和全景照片的使用可以滿足普通硬件的需求, 但場(chǎng)景的逼真度和沉浸感較差。近幾年，3維激光掃描技術(shù)和CCD成像技術(shù)在大遺址數(shù)字化中發(fā)揮重要作用，相關(guān)技術(shù)不斷報(bào)道? 。 投影攝像系統(tǒng)的整體缺陷In．speck結(jié)構(gòu)光成像系統(tǒng)是由機(jī)械光柵、單一光譜組成的。三維激光掃描技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)速度快：幾千～幾十萬點(diǎn)／秒；(2)信息豐富：它包含大量物體表面的被測(cè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)均帶有三維坐標(biāo)和激光反射強(qiáng)度值，能真實(shí)地展現(xiàn)物體的外貌，可有效解決對(duì)形狀復(fù)雜物體的觀測(cè)問題；(3)精度高：精度為毫米級(jí)；(4)有益保護(hù)被測(cè)物體：屬于看到即可的非接觸式測(cè)量；f5)節(jié)省資金：很少需要搭建腳手架；f6)數(shù)據(jù)價(jià)值高：數(shù)字化的資料能夠長久保存，古建筑點(diǎn)云具有廣泛的應(yīng)用性。這些實(shí)踐工作為三維數(shù)字建模技術(shù)在文物考古領(lǐng)域的進(jìn)一步深入開展都是有益的探索和實(shí)踐。此外，該技術(shù)明顯降低了對(duì)考古文物的測(cè)量工作的難度和工作量，所得數(shù)據(jù)的可挖掘性強(qiáng)，多用性好。Handyscan三維掃描儀對(duì)于小型考古文物的研究確實(shí)有其它技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。、主要研究?jī)?nèi)容本論文采用以光柵掃描測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)，以文物杯的數(shù)字化掃描系統(tǒng)為手段，準(zhǔn)確獲取文物杯表面的各種數(shù)據(jù)，通過點(diǎn)云的數(shù)據(jù)處理和曲面重構(gòu)等方法，獲得物體數(shù)字化模型。本章主要介紹常用的三維測(cè)量方法及本課題所采用的方案等。第四章：曲面重構(gòu)。第六章：總結(jié)與展望。目前，用來采集物體表面數(shù)據(jù)的測(cè)量設(shè)備和方法多種多樣，其原理也各不相同。本文采用非相干光源，利用投影柵相位法原理進(jìn)行三維數(shù)據(jù)測(cè)量。（2）、相位解調(diào)：即求解出所獲取的變形光柵圖像中的精確相位。首先通過投影系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)生成的虛擬正弦光柵投影到被測(cè)物體表面，投影系統(tǒng)通過計(jì)算 （21）式中r(x,y)為物體表面反射率分布函數(shù)，為物體表面高度變化引起的調(diào)制位相。不同的采集方式，具有不同的采集速度和精度。該系統(tǒng)采用無接觸式白光三維掃描，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）、無接觸掃描，可以更加方便和精確地測(cè)量文物杯表面。（5）、針對(duì)文物杯特征設(shè)定參數(shù)，更有效，更精確求解文物杯三維數(shù)據(jù)。逆向工程軟件Geomagic，主要進(jìn)行三角網(wǎng)格劃分、四邊形網(wǎng)格剖分和曲面擬合，生成高精度的NURBS曲面，完成曲面的重建工作。、儀器系統(tǒng)的標(biāo)定（1）設(shè)備組裝及連線1）整套設(shè)備由四部分組成：一臺(tái)XP電腦，兩臺(tái)相機(jī)，一臺(tái)專用光柵投影儀，轉(zhuǎn)臺(tái)。3）確認(rèn)第二屏幕已經(jīng)啟用，并設(shè)般只有一個(gè)用來連接顯示器的VGA接口，這是需要另一個(gè)顯卡來提置分辨率為1024X768。相接連接處可以任意勾選兩個(gè)相機(jī)，類似于左相機(jī)和右相機(jī)，兩相機(jī)有內(nèi)置編號(hào)，且具有唯一性。光源檢測(cè)投影灰度的理論值與市級(jí)灰度只有差異性，而且相機(jī)采集得到的灰度會(huì)加大這種差異。3） 調(diào)整相機(jī)角度，讓相機(jī)中線與投影中線重合，最重要的是盡量讓相機(jī)視圖內(nèi)部全都在投影范圍內(nèi)4） 條紋調(diào)整。選擇“光圈調(diào)整”點(diǎn)擊“開始”右邊顯示出當(dāng)前兩個(gè)相機(jī)采集到的灰度，數(shù)值為量化表示，藍(lán)色部分為圖形化表示，這是“開始”變?yōu)椤皶和！?。注意?biāo)定過程中標(biāo)定快的正確擺放方向。3） 切換到winmorire，在菜單“Cal/Align”下點(diǎn)擊“LR Cal5”，彈出如下圖所示對(duì)話框。在winmoire中選擇菜單“Param”下的“Machine Param”，彈出如下圖所示的對(duì)話框， Machine Param對(duì)話框?qū)ⅰ癕achine Type”“Cal/Align”下的“Camera Table Align”，彈出如下圖所示對(duì)話框 Camera Table Align對(duì)話框點(diǎn)擊“Calc Param”即可完成自動(dòng)標(biāo)定過程。本實(shí)驗(yàn)采用文物杯做為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集。 在計(jì)算機(jī)中開啟光柵，開啟閃光燈，進(jìn)行圖像拍攝。圖像拍攝完成后，選取圖像中合適的區(qū)域生成點(diǎn)云。 cloudform軟件中打開的文物杯點(diǎn)云圖點(diǎn)云預(yù)處理第四章 點(diǎn)云預(yù)處理、點(diǎn)云預(yù)處理的原因在對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行CAD反求建模時(shí)，由于多方面原因，譬如被測(cè)對(duì)象表面的粗糙度、波紋以及其它一些表面缺陷等，以及測(cè)量系統(tǒng)本身和測(cè)量環(huán)境（比如透光比較嚴(yán)重）產(chǎn)生的影響，在數(shù)據(jù)采樣過程中，不可避免地在真實(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)中混有不合理的噪聲點(diǎn)，其結(jié)果將導(dǎo)致重構(gòu)曲線、曲面不光滑。、點(diǎn)云除噪由于實(shí)際測(cè)量過程中受到各種人為和隨機(jī)因素的影響，使得測(cè)量結(jié)果中包含噪聲。除噪處理：，點(diǎn)擊除噪，紅色部分刪除。、點(diǎn)云刪除該操作用于刪除不理想的或無用的點(diǎn)云，以及除噪后仍然存在的噪聲點(diǎn)。手動(dòng)刪除的步驟是：ａ．觀察對(duì)象，找到多余的或者會(huì)影響圖像效果的目標(biāo)，確定該目標(biāo)的屬性（點(diǎn)、邊界、片）ｂ．在選擇工具條上，針對(duì)不同的對(duì)象選擇不同的使用模式，一般情況下，我們使用點(diǎn)云點(diǎn)對(duì)象模式；ｃ．使用選擇工具條各種不同的選擇工具選定點(diǎn)云，按delete按鈕或者點(diǎn)云欄的刪除按鈕執(zhí)行刪除。這個(gè)實(shí)現(xiàn)的過程就是點(diǎn)云拼接，也稱為點(diǎn)云配準(zhǔn)。它的基本原理是利用最小二乘法對(duì)重疊區(qū)域進(jìn)行匹配，通過高斯馬爾可夫模型減小重疊區(qū)域點(diǎn)云中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的的歐氏距離平方和，從而計(jì)算出相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)云坐標(biāo)系統(tǒng)的目標(biāo)點(diǎn)云的轉(zhuǎn)換參數(shù)（包括旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量），通過將不同視場(chǎng)下不同坐標(biāo)系的目標(biāo)點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)點(diǎn)云坐標(biāo)系中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云拼接，最終獲取物體完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型。最佳拼接是根據(jù)曲率變化進(jìn)行的拼接，工業(yè)拼接式2片數(shù)據(jù)互相作為參考，一起進(jìn)行拼接。曲面重構(gòu)是利用三維檢測(cè)方法獲取物體表面的散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)插值或數(shù)據(jù)擬合的方法來創(chuàng)建一個(gè)近似模型來逼近物理原型。曲面擬合可分為隱函數(shù)曲面法擬合和參數(shù)曲面法擬合兩大類。曲面重構(gòu)方法主要分為以下幾種類型：插值函數(shù)曲面法、超二次曲面法、B樣條曲面法、NURBS曲面法、Coons曲面法、三角Bezier曲面法、多邊形曲面法、體方法、細(xì)分曲面法、幾何模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和功能網(wǎng)絡(luò)法[7]。并且通常對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行剖分所生成的三角形網(wǎng)格數(shù)目龐大，需要做網(wǎng)格精簡(jiǎn)處理，增加了計(jì)算復(fù)雜度。本課題實(shí)驗(yàn)采用基于光柵投影的NURBS曲面重建技術(shù)進(jìn)行CAD模型重建。 NURBS曲面重建的基本流程圖如下所示：散亂點(diǎn)云點(diǎn)云除噪合并、封裝三角面片編輯松弛、平滑處理探測(cè)曲率構(gòu)造輪廓線四邊域網(wǎng)格NURBS曲面擬合構(gòu)造格柵 NURBS曲面重建具體主要包括以下幾個(gè)步驟：建立多邊形模型（通常是三角形網(wǎng)格）。對(duì)第二步生成的四邊形網(wǎng)格模型進(jìn)行NURBS曲面重建。、三角形網(wǎng)格階段在Geomagic中打開經(jīng)過Cloudform軟件處理過的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過選擇體外孤點(diǎn)命令刪除體外孤點(diǎn)，通過減少噪音命令刪除噪聲點(diǎn)。圖 5．多邊形階段孔洞填充 以文物杯側(cè)面的這個(gè)孔洞為例點(diǎn)擊菜單欄多邊形，選擇填充孔選項(xiàng)。在特征曲線的基礎(chǔ)上，利用創(chuàng)建面片功能。 文物杯四邊域網(wǎng)格然后利用創(chuàng)建柵線（Construct Grid）功能為每一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)建立UV參數(shù)線，此處設(shè)定分辨率為20，即每個(gè)四邊形區(qū)域內(nèi)包含20條U參數(shù)線和20條V參數(shù)線，最后使用擬合曲面（Fit Surface）功能使得每一個(gè)四邊形網(wǎng)格自動(dòng)生成G1連續(xù)的曲面片，此處設(shè)定最大控制點(diǎn)數(shù)為18個(gè)。,初步研究點(diǎn)云中噪聲點(diǎn)的去除,闡述了拼接技術(shù)的算法與過程。,理論聯(lián)系實(shí)際,對(duì)三維物體數(shù)字化與可視化技術(shù)在考古學(xué)中的應(yīng)用有一定的參考意義。2．通過雙光柵結(jié)構(gòu)光掃描儀獲取文物三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，但由于有些文物具有非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和光照特性，且無規(guī)律性，采用逆向處理軟件Imageware對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分塊以及后續(xù)的曲面擬合、曲面拼接處理獲取文物曲面，并分析曲面的誤差分布和光順特性是以后重要研究?jī)?nèi)容。從論文課題的選擇到研究方法、研究方案和實(shí)驗(yàn)以及后面論文的撰寫都得到了吳老師的悉心指導(dǎo)和批改。謝謝你們！感謝幫助我的胡洪南、李澤等同學(xué)，感謝他們?cè)谖易霎厴I(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)我的無私幫助，感謝他們?cè)诿τ谧约汗ぷ鞯耐瑫r(shí)，對(duì)我們隨叫隨到的貼心