基于三维扫描模型的兵马俑足踝有限元分析

利用三维扫描技术获取兵马俑残片的三维点云数据,结合Geomagic Studio和Hypermesh建立高精度的兵马俑足踝残片三维实体网格模型。通过基于ABAQUS的重力作用下的有限元分析,研究足踝部分的Von Mises应力和变形特征,以确定足踝处的受力薄弱部位。为进一步探究模型各残片的最佳点云简化比例,采用点云简化模型进行相同工况的有限元分析,以验证点云简化的可靠性。结果表明:结构在重力作用下可保持安全稳定的状态,相对薄弱部位位于左腿足踝处;对于大部分残片,其最佳简化比例在60%～70%,简化后可有效缩短模型实体化处理时间;采用简化模型得到的有限元结果,其最大Mises应力相比于原始模型的误差小于15%,且应力云图和变形图形状接近,模型简化具有可靠性。     

基于高光谱技术对一幅清代画信息提取研究

高光谱仪作为一种无损检测方法,其"图谱合一"的特性使很多在正射影像上无法区分的类别变得可分。因此,本研究以清代张士保《论道图》为例,利用高光谱相机采集影像,经过最小噪声分离变换、主成分变换、掩膜等处理对画作的墨线进行了提取,实现了图像增强效果,并且发现了两处人眼无法识别的隐含信息。图像增强及隐含信息的发现对书画鉴定、修复提供重要依据,并开拓了新视野。     

基于流形学习与光谱解混的文物表面字迹增强——以云冈第38窟为例

文物表面的文字是了解历史的关键信息，对文物表面文字信息的探索成为文物保护的重要环节。结合流形学习与光谱解混，提出一种新的文物表面字迹增强方法。首先，利用基于流形学习的等距映射方法对预处理后的高光谱图像进行非线性降维，得到信息量最大的灰度图像；其次，分析文字与背景的光谱特征，通过多层非负矩阵分解方法得到字迹丰度图；然后，将二者进行加权平均得到字迹增强图像，再与合成真彩色影像进行HSV融合，得到字迹融合影像；最后，为更好地辨认文字，在字迹增强图像上裁剪文字并做形态学变换，得到字迹提取图。以云冈石窟第38窟的一景褪色文字高光谱图像为例进行了验证，结果表明，该方法能够有效地增强出文物表面的褪色文字，且较其他增强方法效果更好。     

大足石刻千手观音造像三维展示系统设计与实现

为了更好地发挥采集的千手观音造像海量数据在保护工程及后续研究中的作用,需要进一步对这些数据进行有效的管理、查询及展示。本研究基于Open GL设计并实现了大足石刻千手观音造像的文物三维展示系统。该系统通过多分辨率模型构建、三维模型数据简化及轨迹球旋转等关键技术的应用,实现了主要针对文物保护修复过程中所需的三维数据、工程图件、虚拟修复模型及相关资料等多源海量数据的显示浏览、交互量测及检索查询等功能。该系统不仅满足了文物保护修复工程的需求,而且为研究人员及游客详细了解文物现状提供了可能,具有较好的应用价值。     

基于点云数据的秦始皇兵俑头面部特征提取与统计分析研究

考古出土的秦始皇兵俑是秦朝十分珍贵的实物资料,具有重大的历史、科学和艺术研究价值,其“千人千面”的特点更是备受关注,被认为是秦人的真实写照。现代人体测量中,头面部特征因其多受遗传因素作用,少受环境因素影响,被广泛应用于分析各民族之间的亲缘关系。通过采集50个样本的兵俑头部高精度三维点云数据并提取了头面部特征,运用样本相关性分析和数据大小排序的统计分析方法,与现代29个群体或地区头面部特征进行了对比研究。结果显示秦始皇兵俑样本的头面部特征完全各异且高度相关,同时与现代群体或地区的头面部特征差异性较小,定量化地明确了秦始皇兵俑的相关特点。     

最小噪声分离变换与Haar小波变换结合的壁画线状特征增强方法

在壁画的保护与修复中,线状特征具有重要的意义。然而由于自然环境等因素的影响,壁画经常出现褪色残缺等病害,导致其线状特征难以辨认。因此,利用高光谱成像与Haar小波变换结合,提出了一种壁画线状特征增强方法。首先,对高光谱影像进行最小噪声分离(MNF)变换,选取前10波段进行MNF逆变换进行重构,实现高光谱影像的降噪处理。其次,对重构后的影像选择真彩色波段变换为灰度图像,对灰度图像进行Haar小波分解。然后,对最小噪声分离变换后的影像,利用最大平均梯度法进行最优波段选择,将最优波段利用Haar小波进行变换,利用其分解后的低频信号与灰度图像分解后的低频信号相融合,高频信号使用MNF逆变换重构后的灰度图像。最后,对优化组合的低频和高频信号进行Haar小波逆变换得到结果图像,达到增强线状特征的目的。经过与原始灰度影像、主成分分析线状特征增强方法对比,验证了线状特征增强方法的有效性。研究结果可为壁画的保护修复提供更丰富、更直观的参考信息。     

基于关节臂扫描的文物精细三维信息留取

基于关节臂和高清摄影进行重庆大足千手观音现状信息留取和精细三维重建具有现状的真实、完整记录,可为现场修复提供参考,为此,提出一种新的基于关节臂高精度扫描的文物精细三维信息获取方法,利用关节臂对文物进行扫描,获得高精度几何数据,在此基础上建立超精细三维建模,同时利用人工选取控制点来获取高分辨率影像。基于本方法所获得的精细三维信息可以用于三维统计、虚拟修复和变化检测等方面,为文物的现场保护修复工作提供科学依据,并为其他文物精细三维重建提供参考。最后以重庆大足石刻造像为例,验证了该方法的可行性与有效性。     

基于高精度三维模型的大型石窟类文物等比例复制

文物复制是文化遗产(尤其是超大型不可移动文物)保护、传承和发展的重要基础,三维激光扫描、3D打印等新兴技术的发展为文物复制提供了新的思路。本研究以云冈第18窟为研究对象,首次探索并建立了基于高精度三维模型的超大型文物等比例高保真复制技术体系,主要包括:高保真数据获取、三维重建、复制模型分块、打印与安装、高保真涂料喷绘。该方法已应用在云冈第18窟等大型石窟类文物的等比例高保真复制工程。结果表明,本方法能够实现大型石窟类文物的高保真等比例复制,复制成果满足可移动的实际需求。该方法可为类似的文化遗产保护工作提供一定的借鉴和指导。     

基于光谱增强指数与LeNet-5的古书画褪色文字提取与识别

古书画中所记载的文字是了解历史的珍贵资料,对褪色文字进行提取和识别是挖掘和展示历史价值的基础。本工作首次提出基于光谱增强指数与LeNet-5相结合的古书画褪色文字提取与识别方法:利用高光谱成像无损检测、光谱范围广等优点,获取古书画的高光谱数据,分析文字与背景的光谱特征,构建字迹增强指数,实现古书画中褪色文字的增强;构建LeNet-5卷积神经网络,利用手写汉字集进行训练,对密度分割后的字迹图像进行自动识别。以清代画家张士保所作《论道图》中部分褪色文字为例进行了验证,文字识别的正确率为70.8%。结果表明,本工作所提出方法可有效提高古书画褪色文字提取与识别的智能化程度。     

三维激光扫描技术在岩土文物保护中的应用

三维激光扫描是近年来飞跃发展的一项高新测绘与信息技术,在文物保护中发挥了重要作用介绍了三维激光扫描技术的主要特点,从岩土文物保护需求出发,结合实际文物保护工程,重点介绍了三维激光扫描技术在文物信息留存、虚拟修复、监测等方面的应用,最后指出三维扫描技术在岩土文物保护中的心用与发展须与保护需求紧密结合,而硬软件的改进完善及相关技术的集成心用亦是重要研究方向。