文物碎片分類拼接及其并行算法.pdf

1、文物是古代社會生產(chǎn)、生活、科技、藝術(shù)等諸多信息的載體，是考古學(xué)重要研究對象之一。由于自然和人為的原因，在考古挖掘現(xiàn)場通常出土成千上萬的文物碎片，如何從碎片快速拼接出一個個完整文物，是考古學(xué)家關(guān)心的問題。目前，該工作主要靠手工完成，既耗費時間，也易于造成對文物的破壞。因此有必要計算機輔助完成文物的分類拼接工作。一般地，計算機輔助的分類拼接主要根據(jù)獲取的文物碎片的幾何、紋理等信息來進行，但由于文物碎片往往是大量存在的，普通pc機很難在短時間

2、內(nèi)完成該項工作，因此在并行環(huán)境下對程序進行改進是非常必要的。 本文通過計算幾何、圖形學(xué)、并行算法等領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)以及考古知識的應(yīng)用，研究實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)體文物碎片分類拼接系統(tǒng)。首先根據(jù)Inspeck三維掃描儀提取文物碎片的三維點云信息估算碎片對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸及其母線信息。根據(jù)母線的相似度匹配來對碎片進行分類歸檔。對歸為一檔的碎片基于旋轉(zhuǎn)軸及其母線等信息通過旋轉(zhuǎn)、平移等操作來進行拼接工作。這些工作都是基于Cluster并行實現(xiàn)的。本文并對原拼

3、接算法進行了改進，大大降低了拼接所需的時間。 本文主要貢獻為： 1．研究實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)體文物碎片的并行分類拼接系統(tǒng)針對大量文物碎片進行分類拼接工作耗時較長的特點，采用MPI消息傳遞機制在cluster環(huán)境下進行了并行化處理。并行算法采用主從模式，選取一節(jié)點為主節(jié)點，其余節(jié)點為從節(jié)點。主節(jié)點首先負責(zé)將文物碎片分配給各個從節(jié)點，從節(jié)點求取文物碎片的旋轉(zhuǎn)軸及其母線信息，將結(jié)果返回主節(jié)點。主節(jié)點根據(jù)母線相似性對碎片進行分類，并將歸為

4、一檔的碎片分發(fā)給從節(jié)點，在從節(jié)點上完成拼接工作。并將拼接結(jié)果返回主節(jié)點。 2．提出了新的基于母線相似度的碎片分類算法根據(jù)母線特征點以及母線采樣點曲率對碎片母線的相似度進行比較，將在設(shè)定閾值內(nèi)匹配的母線分為一檔。該算法解決了碎片在紋理油彩特征丟失后的分類問題。 3．提出了改進的求取碎片邊緣輪廓以及拼接的算法針對三維點云曲面邊緣的特點提出了求取碎片邊緣輪廓的算法?；谛D(zhuǎn)體文物的特點提出了新的文物碎片的拼接算法，該算法相對于