三维点云模型的孔洞修补算法研究.pdf

三维点云模型的孔洞修补算法是文化遗产数字化保护的关键技术之一。在对古代遗址、遗存和遗骸等文物进行保护和修复时，由于各种自然因素和人为因素导致的残损、孔洞和碎片化问题，给鉴定、复原和修补工作带来巨大挑战。为了解决这些问题，三维建模作为一种重要的数字化工具，被广泛应用于虚拟复原、修补和展示等领域。特别是基于三维点云模型的孔洞修补算法，成为了国内外研究的焦点。 然而，现有的孔洞修补算法存在局限性，它们可能忽视了待修补区域的局部特性，导致修补结果的全局一致性较差，且算法的鲁棒性不足。针对这些不足，本文进行了以下四个方面的主要研究工作： 1. 文章深入分析了国内外关于三维模型孔洞修补算法的研究，并依据孔洞的三大主要类型——大面积缺省数据形成的孔洞、锯齿复杂面孔洞以及立体模型遮挡性孔洞，构建了一种区域权值孔洞修补体系结构。通过这种方式，可以根据不同的孔洞特征进行有针对性的区域划分，从而更好地适应各种复杂表面的孔洞模型。 2. 对基于八叉树理论的三维模型最小空间切割算法进行了改进。通过对三维点云模型进行自动区域划分，利用主成分分析实现模型的降维处理。这种方法对曲率变化大的表面有更好的适应性，同时提高了切割效率，增强了对复杂切割面的鲁棒性。 3. 接着，提出了一个名为网格加权（Mesh-Weight）的三维模型孔洞自动修补算法。在前期处理后，该算法将空间图像细分到最小网格，进行顶点剖分，然后基于邻域相关性的影响因子和权值选择最优的填补路径。该算法综合了贪心、分治和迭代算法的特性，形成了一种复合型的修补策略。 4. 基于网格加权算法，设计并实现了一个完整的三维模型孔洞修补系统。该系统涵盖了三维点云数据的导入导出、孔洞检测、网格剖分、区域网格填充、平滑处理和渲染等功能。通过在包含大面积孔洞的出土文物三维模型上应用这个算法，实现了令人满意的修补效果，证明了区域权值预处理体系的完整性和有效性，尤其适合处理复杂曲面的孔洞形态。 本文的工作旨在提升三维点云模型孔洞修补的精确性和效率，通过创新的算法和系统的实现，为文化遗产的数字化保护提供了更高效、更精确的解决方案。这些研究成果对于提高文物修复的质量和速度，以及对历史遗迹的准确再现，具有重要的理论和实际意义。