文物碎片分類拼接及其并行算法.pdf

1、文物是古代社會(huì)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(duì)象之一。由于自然和人為的原因，在考古挖掘現(xiàn)場(chǎng)通常出土成千上萬(wàn)的文物碎片，如何從碎片快速拼接出一個(gè)個(gè)完整文物，是考古學(xué)家關(guān)心的問(wèn)題。目前，該工作主要靠手工完成，既耗費(fèi)時(shí)間，也易于造成對(duì)文物的破壞。因此有必要計(jì)算機(jī)輔助完成文物的分類拼接工作。一般地，計(jì)算機(jī)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(lái)進(jìn)行，但由于文物碎片往往是大量存在的，普通pc機(jī)很難在短時(shí)間

2、內(nèi)完成該項(xiàng)工作，因此在并行環(huán)境下對(duì)程序進(jìn)行改進(jìn)是非常必要的。 本文通過(guò)計(jì)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(shí)的應(yīng)用，研究實(shí)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(diǎn)云信息估算碎片對(duì)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(lái)對(duì)碎片進(jìn)行分類歸檔。對(duì)歸為一檔的碎片基于旋轉(zhuǎn)軸及其母線等信息通過(guò)旋轉(zhuǎn)、平移等操作來(lái)進(jìn)行拼接工作。這些工作都是基于Cluster并行實(shí)現(xiàn)的。本文并對(duì)原拼

3、接算法進(jìn)行了改進(jìn)，大大降低了拼接所需的時(shí)間。 本文主要貢獻(xiàn)為： 1．研究實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)體文物碎片的并行分類拼接系統(tǒng)針對(duì)大量文物碎片進(jìn)行分類拼接工作耗時(shí)較長(zhǎng)的特點(diǎn)，采用MPI消息傳遞機(jī)制在cluster環(huán)境下進(jìn)行了并行化處理。并行算法采用主從模式，選取一節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn)為從節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)首先負(fù)責(zé)將文物碎片分配給各個(gè)從節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)根據(jù)母線相似性對(duì)碎片進(jìn)行分類，并將歸為

4、一檔的碎片分發(fā)給從節(jié)點(diǎn)，在從節(jié)點(diǎn)上完成拼接工作。并將拼接結(jié)果返回主節(jié)點(diǎn)。 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(diǎn)以及母線采樣點(diǎn)曲率對(duì)碎片母線的相似度進(jìn)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(wèn)題。 3．提出了改進(jìn)的求取碎片邊緣輪廓以及拼接的算法針對(duì)三維點(diǎn)云曲面邊緣的特點(diǎn)提出了求取碎片邊緣輪廓的算法?；谛D(zhuǎn)體文物的特點(diǎn)提出了新的文物碎片的拼接算法，該算法相對(duì)于