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基于三角网格模型的文物几何信息计算

作　者: 张小青
导　师: 朱光; 侯妙乐
学　校: 北京建筑工程学院
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 文物保护网格模型几何信息可视化量算
分类号: K87
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

古文物是一个国家和民族在一个特定时期的政治、经济、文化的体现，然而由于自然环境和人类的活动影响，许多历史文物正逐渐遭受破坏或消失。利用新技术手段进行文物原貌永久保留、文物修复等工作已经成为全球性热点研究问题。由于数据获取设备和计算机技术的发展，为文物的保护工作开创了一个全新的局面。文物的保护工作也有了全新的进展，文物保护工作不仅要实现文物原貌三维信息永久保留，并将三维场景虚拟展示在人们面前，更要为文物的修复提供科学的数据。一些文物结构非常复杂，表面呈不规则形状，传统测量方法无法得到全面而详细的文物三维几何信息，而且自动化程度不高，在快速获得高精度的文物表面数据方面显得不足。近年来不断发展和成熟的三维激光扫描技术，给文物保护工作提供了新的研究思路。通过三维扫描手段，获得文物几何和纹理等信息数据，再通过成熟的数据处理软件，重构文物三维模型。在文物修复中经常需要估算修复材料的用量，以文物三维模型为基础，通过计算不规则表面文物模型的体积、表面积以及缺损面积，为文物的修复提供重要的数据支持。为了能对文物模型的轮廓特征直观详细地了解，可用平面对文物模型剖切，提取剖面轮廓线，剖面轮廓线能够为文物研究者分析文物的轮廓特征提供依据。本文的主要研究内容有：1.根据三角网格中边界边的性质进行边界的提取，为了区分孔洞边界和非封闭模型的外边界，给出通过判断法向量方向来区分这两类边界的方法，实现了三维孔洞面积的计算。2.改进了利用有符号四面体体积法计算网格模型的体积的算法，实现了不规则表面文物模型的体积的精确计算。实现了模型的表面积计算。3.提取模型的剖面轮廓线。对模型的剖切算法进行了改进，预先将三角形在剖切方向上分组，判断剖切平面和模型中的三角形的位置关系，计算交点，并将交线按拓扑关系进行排序等，从而提取封闭的剖面轮廓线。4.开发了三维模型可视化量算系统。利用OpenGL的拾取模式，用鼠标在模型上任选感兴趣区域，计算选定区域的面积，查询模型上任意点的三维坐标，计算模型上任意两点之间的距离。从而实现三维信息的提取。在三维模型的基础上，计算文物三维几何信息的方式，可以间接而且无损的获取文物模型的孔洞边界、体积、面积、剖面特征等几何信息，以及直接在模型上选定区域并计算被选定区域的面积，查询任意点的坐标信息等，这些重要的几何信息数据，能够为文物的修复提供科学的数据。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 课题来源  10-11
  1.3 国内外研究现状  11-13
    1.3.1 网格模型的孔洞边界提取  11
    1.3.2 文物网格模型的体积计算  11-12
    1.3.3 网格模型的剖面轮廓线提取  12
    1.3.4 基于三维模型的可视化量算系统  12-13
  1.4 论文框架  13-15
第2章基于三角网格模型的三维孔洞面积计算  15-25
  2.1 概述  15-16
  2.2 孔洞边界边提取与排序  16-19
    2.2.1 OBJ 模型拓扑关系分析及数据结构的建立  17
    2.2.2 边界边提取  17-18
    2.2.3 边界排序  18-19
  2.3 边界类型判断和孔洞面积计算  19-21
    2.3.1 边界类型判断方法  20
    2.3.2 孔洞面积计算  20-21
  2.4 实验和结果  21-23
  2.5 结论  23-25
第3章不规则表面文物的体积和表面积计算  25-33
  3.1 相关研究与分析  25-27
  3.2 利用四面体计算网格模型体积  27-29
    3.2.1 数据准备  27
    3.2.2 基于四面体的模型体积计算  27-29
  3.3 文物模型表面积计算  29
  3.4 实验结果与误差分析  29-31
  3.5 结论  31-33
第4章文物三维模型剖面轮廓线自动提取  33-47
  4.1 相关研究与分析  33-34
  4.2 切片算法优化  34-36
  4.3 轮廓线生成算法  36-44
    4.3.1 模型中的三角形面片分组  36-37
    4.3.2 判断三角形面片和平面的位置关系  37-40
    4.3.3 计算三角形与平面的交点  40-41
    4.3.4 轮廓线封闭处理  41-44
    4.3.5 剖面面积计算  44
  4.4 实验结果  44-45
  4.5 结论  45-47
第5章基于OPENGL 建立三维可视化量算系统  47-59
  5.1 概述  47
  5.2 模型变换  47-48
  5.3 模型的视点变换  48
  5.4 模型的投影变换  48-51
    5.4.1 透视投影  48-50
    5.4.2 正射投影  50-51
  5.5 视口变换  51
  5.6 射线拾取  51-54
  5.7 系统功能介绍  54-59
总结与展望  59-61
  1 全文工作总结  59
  2 下一步的研究  59-61
参考文献  61-65
致谢  65-67
攻读硕士学位期间发表的论文  67
  发表论文  67

基于三角网格模型的文物几何信息计算

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