[发明专利]一种基于视觉依赖曲率估算的文物线图绘制方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉依赖曲率估算的文物线图绘制方法，包括如下步骤：对三角网格模型顶点的离散曲率进行估算；根据模型的曲率分布将模型划分为平坦区域和特征区域；对属于特征区域的顶点进行锐化滤波，计算出新的三角网格模型顶点坐标；对三角网格模型提取特征轮廓线并生成线条，实现对文物3D模型的平面线图绘制。本发明提出针对文物三维模型，通过与平滑算法相对应的锐化算法，在考古领域ε均值的基础上进行局部锐化处理，以确保文物纹理细节被绘制出来；基于视觉依赖曲率的估算提取文物模型表面的视觉轮廓线，进而自动绘制出符合考古人员视觉感知的文物线图，有效解决了手工考古绘图速度慢、精度低和工作强度大的问题，是一种简单、高效、实用的计算机辅助考古线图绘制方法。

技术领域

本发明属于文物线图绘制技术领域，特别涉及一种基于视觉依赖曲率估算的文物线图绘制方法。

背景技术

考古绘图是文物保护的一项基础工作。考古发掘过程中，考古工作者需要对文物碎片进行线图绘制，刻画文物的大小、形状、结构、花纹和质地。高质量的文物线图，可用于发掘报告插图、论文插图、专著和教科书插图以及展览图表等，具有档案存储、辅助文物修复和保护、考古研究以及文化出版等功能。采用传统的正投影手工方法，要在手工拉基线、张网格以及用尺子选点测量的基础上，依靠测量值进行文物线图绘制。整个过程工序多，绘制速度慢、图形精度低，绘图质量因人而异。尤其是线图绘制过程中，考古工作者要对文物不断的进行翻转、测量，极易对存在裂纹的文物造成二次损伤。为减轻专家工作负担，提高绘图效率和质量，考古部门尝试利用数字摄影技术进行线图绘图。首先，将要描绘线图的文物放置于特定环境下进行数码拍摄。然后，将拍摄获得的优质文物照片导入Photoshop、CorelDraw等图形处理软件，采用人机交互方式标记出文物轮廓线，用抠图技术将文物与背景分离。接着，对抠出的文物图像进行去色，使之变为黑白图，再经过去噪、风格化等处理，最终获得文物的线画图。这种方法拍摄时要求文物的背景必须是纯色，与所拍摄的文物主色调有明显的反差；照射灯光需要漫射光或者是自然光，以保证文物上的明暗光影对比不太强烈。实际上，野外作业很难获得文物的正投影图像，加之手工抠图费时耗力，这种方法应用范围有限。

近年来，基于文物三维模型轮廓检测与提取的方法开始应用于文物线图的自动绘制。典型的方法有基于图像的边缘检测、基于图像的非真实感绘制和基于物体空间的轮廓线检测等三类。实践中发现，直接使用经典的Sobel算子、Prewitt算子、Log算子和Canny算子对文物的数字图像进行边缘检测，提取到的特征线噪声多、不连贯，效果并不理想。基于图像的非真实感绘制的DoG方法，通过构建边缘切线流来得到滤波器的积分区域，能够较好地保护图像中具有方向性特征的结构，保证输出的特征线连贯。首先，建立一个平滑的向量场作为二维图像的流场，用来保存文物特征线的边缘信息；然后，构建基于流的高斯差分滤波器，对所建立的流场中的切线流进行滤波。该方法提取的文物特征线比较连贯，但模型平坦区域保留了过多与线图绘制无关的特征线。基于物体空间的轮廓线检测算法，第一种是直接检测法。通过遍历三维模型的每一条边或每一个三角面，来检测这条边是否属于轮廓线或该三角面片是否有轮廓线经过。因此，需要获得每一条边或每一个面的相邻信息，而且每当观察者视点改变时，都必须重新计算所有轮廓线。对于非静止状态的三维模型，该算法效率很低。第二种是随机检测算法，针对具有局部连续性或当视点发生小变动时具有时间连续性的轮廓线检测，该算法不检测三维模型所有的边。当找到小部分轮廓边之后，通过判断这部分轮廓边的邻边是否也是轮廓边，然后以递归的方式查找下去，直到查找到的轮廓边数量超过阈值。这种算法容易实现、速度快，缺点是不能检测到所有的轮廓边，轮廓线检测的精度低，局部细节或缺失。现有方法本质上都是基于模型表面的离散曲率计算寻找脊线和谷线。实际上，考古线图主要用于刻画文物的结构和纹理，不同于简单几何意义上的特征线提取。由于人眼对类似于线和类似于边界的特征非常敏感，因此现有方法对噪声的过度平滑处理会导致文物三维模型表面细节丢失，全局锐化会导致平坦区域保留干扰特征线，而简单的脊线/谷线连接绘制出的线图会呈现尖锐现象，难以适应计算机辅助考古线图自动绘制的实际要求。