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激光扫描技术在文物建模及虚拟修复中的应用研究

作　者: 刘钰
导　师: 杨志强
学　校: 长安大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 点云数据 数据预处理 三角网格简化 场景建模 虚拟修复 纹理映射
分类号: P225.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


文物遗址是研究古代历史、艺术和科学技术发展极其重要的实物资料，对文物遗址的保护和研究就显的尤为重要了。一方面，这些年代久远的历史文物遗产随着时间的流逝正经受着相当程度的损害，需要数字化保护。另一方面，要在世界范围内传播并提升其浓重的文化旅游价值，需要真实感的数字化展示技术。针对文物遗产保护和数字考古研究需求，本文以重庆大足千手观音为背景给出了国内外数字考古技术研究及其应用现状，对目前文物遗址中常用的三维数据获取、数据处理、模型重建等方法展开了研究。本文的主要研究工作如下：1）本文首先介绍了地面三维激光扫描技术的国内外研究现状，总结了该技术的特点及应用领域，简要阐述了地面三维激光扫描系统的工作原理，并对硬件设备的种类和数据获取技术作了简单的介绍。2）对用于采集数据的Faro和CIM CORE三维激光扫描仪及后处理软件Geomagic和polyworks进行了详细的介绍，并利用三维扫描技术获取重庆大足千手观音的点云数据，针对点云数据的去噪、简化及网格化等预处理技术展开研究。3）针对关节臂式坐标测量机的地理框架及数学模型进行了简单的介绍。4）真实感文物遗址的三维重建，主要研究了古遗址三维模型的两种后期处理技术，即古遗址三维模型的三角网格修补技术和网格简化技术。利用逆向工程软件GeomagicStudio实现快速建模，较为详细地阐述了在模型重构过程中点云数据的优化处理方法，介绍点云和多边形的实用编辑处理技术。并对古遗址模型群进行了组合，建成一个完整的模型。最后对三维模型的真实感处理进行了研究。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 研究的背景和意义  9-11
    1.1.1 研究的背景  9-10
    1.1.2 研究的意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 本文研究的主要内容  12-14
第二章 激光扫描技术及其在文物保护中的优势  14-19
  2.1 地面三维激光扫描系统  14-17
    2.1.1 地面三维激光扫描系统的工作原理  14-16
    2.1.2 地面三维激光扫描系统的分类  16-17
  2.2 地面三维激光扫描在文物保护中的优势  17-19
第三章 点云数据的获取原理及流程  19-27
  3.1 点云数据采集技术  19-21
    3.1.1 数据采集原理  19-20
    3.1.2 数据采集技术  20-21
  3.2 三维激光扫描仪的介绍  21-22
    3.2.1 Faro LS420 三维激光扫描仪  21-22
    3.2.2 CIM CORE Infinite 2.0 便携式关节臂测量机  22
  3.3 数据采集过程  22-27
    3.3.1 准备工作  22-23
    3.3.2 数据采集流程  23-27
第四章 关节臂式坐标测量机地理框架与模型  27-36
  4.1 关节臂式坐标测量系统  27-28
  4.2 关节臂式坐标测量机 Cimcore 的研究现状  28-29
  4.3 关节臂式坐标测量机的数学模型  29-36
    4.3.1 坐标变换矩阵  29-31
    4.3.2 复合球坐标系的定义  31-33
    4.3.3 复合球坐标系统变换矩阵  33-34
    4.3.4 关节臂测量机的数学模型  34-36
第五章 三维点云数据的预处理  36-49
  5.1 地面三维激光扫描数据处理软件及流程介绍  36-39
    5.1.1 三维数据处理软件介绍  36-38
    5.1.2 三维激光扫描数据处理流程  38-39
  5.2 三维点云数据处理的预处理  39-49
    5.2.1 点云数据导入与查看  40-41
    5.2.2 净化点数据  41-44
    5.2.3 减少噪声点  44-46
    5.2.4 统一采样  46-47
    5.2.5 封装  47-49
第六章 三维模型的后处理及纹理重建  49-61
  6.1 三维模型的后处理技术  49-54
    6.1.1 三角网格孔洞的修补  49-51
    6.1.2 三角网格的简化  51-54
  6.2 多分辨率模型的融合  54-58
    6.2.1 多分辨率模型融合技术  54-55
    6.2.2 利用 Geomagic 进行点云数据融合  55-58
  6.3 几何模型的纹理重建  58-61
    6.3.1 纹理资料的获取  58-59
    6.3.2 纹理映射  59-61
第七章 总结与展望  61-63
  7.1 工作总结  61
  7.2 未来展望  61-63
参考文献  63-67
攻读学位期间取得的研究成果  67-68
致谢  68

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 大地测量学 > 电磁波测距和基线测量 > 光电测距
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