一种在VR虚拟环境下的碎片拼接方法技术

本发明专利技术公开一种在VR虚拟环境下的碎片拼接方法，通过对文物三维模型进行数字化处理简化模型后输入到VR环境中，然后采用三角网格化识别文物孔洞的方式对残缺的文物进行文物孔洞识别，计算每个文物孔洞的重心位置，以重心到文物孔洞最远点的距离作为半径，构建文物孔洞碰撞球体；同理构建文物碎片碰撞球体，当两者发生相交时，自动调用拼接算法，提取文物孔洞的边界主轮廓线、文物碎片外表面与断裂面相交的次轮廓线，利用单位三元组的曲线匹配方法匹配刚体变换矩阵，再通过SAC‑IA算法进行粗匹配，最后调用ICP算法对文物碎片与文物孔洞进行精确匹配，最终实现VR环境下的碎片拼接；该方法不仅算法速度快，而且使文物工作者在虚拟环境下可亲身体验拼接的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种在VR虚拟环境下的碎片拼接方法
本专利技术涉及碎片拼接方法，具体涉及一种在VR虚拟环境下的碎片拼接方法。
技术介绍
我国是一个历史悠久的文明古国，在我国漫长的历史进程中，产生了许多种类的文物，随着时间的流逝均有不同程度的破损，例如兵马俑在挖掘出土的过程中，大部分都是残缺不全的碎片，需要进行碎片拼接复原，以前多采用人工的方式进行复原，复原时间漫长。现代碎片拼接采用三维扫描技术和传统算法的方式完成文物碎片的虚拟复原。现代碎片拼接技术均是在指定软件中进行算法拼接，其次把得到的碎片拼接的位置信息发送给文物工作者，使他们按照指定的碎片位置进行粘合，得到完整的文物模型。申请号为CN201811226011.6的中国专利技术专利公开了一种文物智能辅助引导方法和引导系统，包括三维扫描技术、三维建模软件和文物数字化智能修复技术，三维扫描技术是将碎片进行三维扫描存储；三维建模软件是指通过计算机去寻找能够拼接在一起的碎片的软件，将碎片拼接制作成3D数字模型；文物数字化智能修复技术是将已拼接的3D数字模型和AR眼镜虚拟现实技术进行项目整合，再与Ho本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在VR虚拟环境下的碎片拼接方法，其特征在于：具体包括以下步骤：/n步骤1：获取文物三维模型后数字化数据预处理得到简化模型；/n步骤2：将步骤1中的简化模型通过三角网格化识别文物孔洞方式对残缺的文物进行文物孔洞识别，后计算每个文物孔洞的重心位置，以重心到文物孔洞最远点的距离作为半径，构建文物孔洞碰撞球体；同理构建文物碎片碰撞球体，检测文物孔洞碰撞球体是否与文物碎片碰撞球体相交；/n步骤3：若步骤2中的文物孔洞碰撞球体与文物碎片碰撞球体不相交时，则返回到步骤2重新构建文物碎片碰撞球体；/n若所述步骤2中的文物孔洞碰撞球体与文物碎片碰撞球体相交时，则通过提取文物孔洞的边界主轮廓线、文物碎片外...

【技术特征摘要】
1.一种在VR虚拟环境下的碎片拼接方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1：获取文物三维模型后数字化数据预处理得到简化模型；
步骤2：将步骤1中的简化模型通过三角网格化识别文物孔洞方式对残缺的文物进行文物孔洞识别，后计算每个文物孔洞的重心位置，以重心到文物孔洞最远点的距离作为半径，构建文物孔洞碰撞球体；同理构建文物碎片碰撞球体，检测文物孔洞碰撞球体是否与文物碎片碰撞球体相交；
步骤3：若步骤2中的文物孔洞碰撞球体与文物碎片碰撞球体不相交时，则返回到步骤2重新构建文物碎片碰撞球体；
若所述步骤2中的文物孔洞碰撞球体与文物碎片碰撞球体相交时，则通过提取文物孔洞的边界主轮廓线、文物碎片外表面与断裂面相交的次轮廓线，利用单位三元组的曲线匹配方法匹配刚体变换矩阵，后作为在VR虚拟环境下的特征表示；
步骤4：所述步骤3中得到的特征表示通过SAC-IA算法得到粗匹配的特征表示，后调用ICP算法得到精准匹配的特征表示；
步骤5：将精准匹配的特征表示在VR虚拟环境下自动拼接。


2.根据权利要求1所述的一种在VR虚拟环境下的碎片拼接方法，其特征在于：所述文物三维模型通过阿泰克三维扫描仪扫描获取。


3.根据权利要求1所述的一种在VR虚拟环境下的碎片拼接方法，其特征在于：所述步骤2中所述的两个球体是否相交具体包括以下检测步骤：
步骤2.1：取文物孔洞的每个边缘位置点V＝[VX，VY，VZ]，通过计算公式计算出文物孔洞的坐标，作为每个文物孔洞的球心位置；其中，Qij是文物三维模型第i个孔洞的球心位置，Vj是文物孔洞上的第j个坐标点，由X，Y，Z三个值组成，N是文物孔洞上点的个数；
步骤2.2：通过的欧式距离公式计算球心到每一个文物孔洞点的距离，将最大距离R＝MAX(dist)作为碰撞球半径R；其中，Qi是文物三维模型第i个孔洞的球心位置，V是文物孔洞上的坐标点，dist(Qi，V)是球心位置到V的距离；MAX是求距离中的最大值，作为球半径R；
步骤2.3：取步骤2.1中的球心Qij，取步骤2.2中的半径R构建文物孔洞碰撞球体；
步骤2.4：按照步骤2.1～步骤2.3的步骤原理构建一个球心位置为Sij,半径为r的文物碎片碰撞球体；
步骤2.5：通过公式计算出文物孔洞碰撞球体与文物碎片碰撞球体之间的距离，其中，Qx，Qy，Qz是孔洞碰撞球体的坐标，Sx，Sy，Sz是碎片碰撞球体的坐标；
步骤2.6：通过步骤2.5中得到的distance同步骤2.3的R与步骤2.4中的r之和进行比较，当distance<＝R+r时，则发生相交；distance>R+r时，则不相交。


4.根据权利要求1所述的一种在VR虚拟环境下的碎片拼接方法，其特征在于：所述步骤3中边界主轮廓线通过在VR虚拟环境下采用计算边的重数N来判断文物三维模型的边界进行提取，提取公式如下：
L＝{lk＝(pi,pj)i,j＝0,1,2,...,m；k＝0,1,2,...,n}，其中，L是文物三维模型的边集，m表示组成文物...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿国华，冯龙，李康，任勇，马星锐，刘晓宁，刘阳洋，刘喆，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61