【正文】 原。繼而通過研究獲得的數(shù)據(jù)模型達(dá)到文物成型和文物復(fù)制的目的。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。這些實踐工作為三維數(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踐。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、測繪、文物修復(fù)、考古現(xiàn)場及遺址中的文物管理與監(jiān)測以及虛擬研究和展示等方面的應(yīng)用。通過三維數(shù)字建模技術(shù)可以建立高精度的文物遺址數(shù)字模型，包括外部幾何信息、結(jié)構(gòu)信息以及局部細(xì)節(jié)信息，還可以為文物的數(shù)字測繪、輔助修復(fù)、管理以及虛擬現(xiàn)實等拓展應(yīng)用提供最基礎(chǔ)的支撐。②模型數(shù)據(jù)的大量簡化和全景照片的使用可以滿足普通硬件的需求, 但場景的逼真度和沉浸感較差。④模型數(shù)據(jù)僅具有展示功能, 難以滿足維修重建的工程技術(shù)參考需要目前，國內(nèi)外對此類工作的相關(guān)研究多集中在古建筑的測繪號恢復(fù)方法上，并且由于測量對象有限，尚無系統(tǒng)的工作方法與規(guī)范。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)不斷報道? 。以河南省開封市的國家級重點(diǎn)保護(hù)文物“鐵塔”為研究對象為例，以古建筑的數(shù)據(jù)采集與處理、三維模型重建、數(shù)據(jù)庫建立、系統(tǒng)設(shè)計為主要研究內(nèi)容，初步設(shè)計了基于三維激光掃描技術(shù)、GIS技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的古建筑數(shù)字化保護(hù)系統(tǒng)。 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。另一方面，由于使用單光譜，高密光柵會降低光強(qiáng)，影響投射效果。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點(diǎn)，每個點(diǎn)均帶有三維坐標(biāo)和激光反射強(qiáng)度值，能真實地展現(xiàn)物體的外貌，可有效解決對形狀復(fù)雜物體的觀測問題；(3)精度高：精度為毫米級；(4)有益保護(hù)被測物體：屬于看到即可的非接觸式測量；f5)節(jié)省資金：很少需要搭建腳手架；f6)數(shù)據(jù)價值高：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?？梢钥焖?、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。這些實踐工作為三維數(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踐。 三維激光掃描技術(shù)是近幾年逐步發(fā)展成熟的最新測量技術(shù)，它具有其它測量技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。此外，該技術(shù)明顯降低了對考古文物的測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。前段時間見識的Creaform公司的Handyscan三維掃描儀更是將三維激光掃描技術(shù)的有點(diǎn)發(fā)揮的淋漓盡致。Handyscan三維掃描儀對于小型考古文物的研究確實有其它技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢?？焖俪尚?。、主要研究內(nèi)容本論文采用以光柵掃描測量技術(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。本章主要闡述選題的依據(jù)、課題的研究意義、國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及主要應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢。本章主要介紹常用的三維測量方法及本課題所采用的方案等。第三章：點(diǎn)云預(yù)處理。第四章：曲面重構(gòu)。第五章：實驗。第六章：總結(jié)與展望。31三維數(shù)據(jù)測量第二章 三維數(shù)據(jù)測量、三維數(shù)據(jù)測量簡介數(shù)據(jù)測量，又稱產(chǎn)品表面數(shù)字化，是指通過特定的測量設(shè)備和測量方法，將物體的表面形狀轉(zhuǎn)換成離散的幾何點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，就可以進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模、評價、改進(jìn)和制造。目前，用來采集物體表面數(shù)據(jù)的測量設(shè)備和方法多種多樣，其原理也各不相同。接觸式測量方法的典型代表是三坐標(biāo)測量機(jī)，它通過探測頭上的探針與樣件表面的接觸情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這種方法有很高的精度，對物體的邊界測量相對準(zhǔn)確，但由于其接觸式的測量，使其易于損傷物體和測頭，而且速度慢，對軟質(zhì)材料難以測量，存在測頭半徑的三維補(bǔ)償，而且價格昂貴，這就限制了其應(yīng)用，主要應(yīng)用于制造、電子、汽車和航空航天等工業(yè)中。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)測量。投影光柵相位法測量的工作原理是從獲取的包含物體高度信息的二維光柵圖像中恢復(fù)出真實的三維空間信息。（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。投影柵相位法的的原理光路圖如圖21所示。首先通過投影系統(tǒng)將計算機(jī)生成的虛擬正弦光柵投影到被測物體表面，投影系統(tǒng)通過計算 （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。、測量設(shè)備介紹、硬件設(shè)備實體輪廓的數(shù)據(jù)采集是獲取實體幾何形狀信息的首要環(huán)節(jié)。不同的采集方式，具有不同的采集速度和精度。由于投影光柵法是一次性瞬間獲取物體表面形狀的三維信息，并且投影光模式可變，因而具有很高的測量速度和較高的精度，而且采集到的數(shù)據(jù)空間分辨率高，設(shè)備要求簡單，比較易于在實驗室中實現(xiàn)。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量文物杯表面。（3）、白光掃描，避免了傳統(tǒng)的激光掃描對文物杯的潛在傷害。（5）、針對文物杯特征設(shè)定參數(shù)，更有效，更精確求解文物杯三維數(shù)據(jù)。三維點(diǎn)云反求軟件Winmoire，主要用于從二維圖像到三維圖像的反求、觀察以及自動拼接。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。在Cloudform軟件中對獲得的點(diǎn)云進(jìn)行除噪、消差等預(yù)處理，并將轉(zhuǎn)換的IGES格式文件導(dǎo)入逆向工程軟件Geomagic中進(jìn)行多邊形和曲面處理，完成面部曲面的重構(gòu)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XP電腦，兩臺相機(jī)，一臺專用光柵投影儀，轉(zhuǎn)臺。其中兩根USB接口線，一根鏈接電腦與轉(zhuǎn)臺控制盒，另一根鏈接電腦與CPU掃描頭，轉(zhuǎn)臺自身附帶一根串口線接連到控制盒，轉(zhuǎn)臺和控制盒還有一根串口線連接，兩個24伏電壓。3）確認(rèn)第二屏幕已經(jīng)啟用，并設(shè)般只有一個用來連接顯示器的VGA接口，這是需要另一個顯卡來提置分辨率為1024X768。 CPC控制程序主框架CPC控制程序主界面主要分為四大區(qū)域，上邊是菜單，左邊是控制面板，中間是預(yù)覽區(qū)域，下邊是信息區(qū)。相接連接處可以任意勾選兩個相機(jī)，類似于左相機(jī)和右相機(jī)，兩相機(jī)有內(nèi)置編號，且具有唯一性。（2）設(shè)備調(diào)整及參數(shù)調(diào)整視場選取，光圈調(diào)整，光源補(bǔ)償，投影條紋調(diào)整。光源檢測投影灰度的理論值與市級灰度只有差異性，而且相機(jī)采集得到的灰度會加大這種差異。1） 打開控制程序，點(diǎn)擊開投光燈，把視頻跳到120左右，再打開控制面板把條紋切換成對焦條紋，開始對焦。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。5） 市場視角調(diào)好后調(diào)整光圈。選擇“光圈調(diào)整”點(diǎn)擊“開始”右邊顯示出當(dāng)前兩個相機(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！薄鄼C(jī)光圈調(diào)整后，點(diǎn)擊“暫?！?。注意標(biāo)定過程中標(biāo)定快的正確擺放方向。2） 將標(biāo)定快放置穩(wěn)定，之力或靠后傾斜一定角度。3） 切換到winmorire，在菜單“Cal/Align”下點(diǎn)擊“LR Cal5”，彈出如下圖所示對話框。手工移動到相機(jī)標(biāo)定塊，先左偏10度左右，點(diǎn)擊OK；再右偏10度左右，點(diǎn)擊OK；然后點(diǎn)擊NO，帶右上角出現(xiàn)正確的標(biāo)定結(jié)果即完成標(biāo)定。在winmoire中選擇菜單“Param”下的“Machine Param”，彈出如下圖所示的對話框， Machine Param對話框?qū)ⅰ癕achine Type”“Cal/Align”下的“Camera Table Align”，彈出如下圖所示對話框 Camera Table Align對話框點(diǎn)擊“Calc Param”即可完成自動標(biāo)定過程。打開“Cal/Align”→“Camera Align”,，因為我們使用的是雙機(jī)，所以在界面上會有兩個“View”,這個界面就是雙機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)定界面。本實驗采用文物杯做為實驗對象，對其進(jìn)行三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集。利用圖像拼接的方法進(jìn)行文物杯點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接。 在計算機(jī)中開啟光柵，開啟閃光燈，進(jìn)行圖像拍攝。一次拍攝將會有六張圖片，其中一張為原始圖像，另外三張為光柵每移動π/2的光柵圖像。圖像拍攝完成后，選取圖像中合適的區(qū)域生成點(diǎn)云。生成文物杯三維數(shù)據(jù)點(diǎn)云后，利用cloudform軟件將其打開。 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)處理的原因在對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行CAD反求建模時，由于多方面原因，譬如被測對象表面的粗糙度、波紋以及其它一些表面缺陷等，以及測量系統(tǒng)本身和測量環(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，不可避免地在真實數(shù)據(jù)點(diǎn)中混有不合理的噪聲點(diǎn)，