本书选取秦始皇兵马俑为典型案例，探讨“一带一路”沿线文物可以采取的虚拟复原技术。作为国家自然科学基金项目、陕西省社会科学重大理论与现实问题研究项目，本书重点讨论“一带一路”沿线文物的数字化保护方案，针对以兵马俑为代表的刚体文物碎块确定三维数据模型，采取基于断裂面上多特征的碎块匹配方法，将相邻碎块进行匹配拼接，从而实现文物的虚拟复原，以此对“一带一路”沿线文物的虚拟复原进行技术可能性的探讨。

赵夫群，女，1982年出生，山东临沂人，博士研究生、副教授、西安财经大学硕士研究生导师、CCF会员，主要从事计算机图形图像处理以及计算机辅助文物虚拟复原等方面的研究工作。参与完成国家自然科学基金项目2项，主持省级科研项目2项、厅局级项目多项；发表科研论文50余篇，其中多篇被SCI、EI检索。

第一章 文物虚拟复原概述
第一节 引言
第二节 文物虚拟复原的背景
第三节 文物虚拟复原的流程
一、碎块分类
二、碎块断裂面提取
三、断裂面匹配
第四节 文物虚拟复原的研究现状
一、碎块分类研究现状
二、外表面分割研究现状
三、碎块匹配研究现状
第五节 文物虚拟复原的意义
一、实现数字化保护
二、进行模型空间匹配优化
三、构建由内到外的完整文物模型
第六节 研究内容和创新点
一、研究内容
二、研究创新点
第七节 本章小结
第二章 文物碎块数据模型获取和预处理
第一节 引言
第二节 碎块数据模型获取
一、手工建模法
二、利用物体的二维图像实现三维重建
三、利用三维激光扫描设备采集物体的三维数据模型
第三节 碎块模型的特点
一、碎块数量多，形态差异大
二、碎块模型数据量大
三、噪声含量高
四、孔洞数量多
五、同一碎块扫描次数多
第四节 模型预处理
一、模型去噪
二、模型简化
三、孔洞修补
第五节 本章小结
第三章 几何特征保持的文物点云去噪
第一节 引言
第二节 基于栅格的大尺度噪声删除
一、栅格划分
二、大尺度噪声删除
第三节 基于特征加权FCM的小尺度噪声删除
一、FCM算法
二、特征加权FCM算法
第四节 本章去噪方法的步骤
第五节 实验结果与分析
第六节 本章小结
第四章 基于几何属性和k-D树的碎块配准
第一节 引言
第二节 基于法矢和曲率的点云粗配准
一、计算法矢和曲率
二、检测配准点对
三、度量相似性
四、剔除错配点对
第三节 基于k-D树的精配准
第四节 本章配准方法的步骤
第五节 实验结果与分析
第六节 本章小结
第五章 基于显著区域和二维形状特征的碎块分类
第一节 引言
第二节 基于显著区域的粗分类
一、显著区域特征提取
二、碎块粗分类
第三节 基于二维形状的细分类
第四节 本章分类方法的步骤
第五节 实验结果与分析
第六节 本章小结
第六章 基于分割线的断裂面提取
第一节 引言
第二节 分割线构造
一、分割特征点提取
二、封闭分割线生成
第三节 断裂面识别
第四节 断裂面提取方法的步骤
第五节 实验结果与分析
第六节 本章小结
第七章 基于ISS特征点的断裂面匹配
第一节 引言
第二节 邻域半径约束的ISS特征点提取
第三节 基于ISS特征点的粗匹配
第四节 基于尺度ICP的精匹配
第五节 本章匹配方法的步骤
第六节 实验结果与分析
一、两个碎块的匹配
二、多个碎块的整体拼合
第七节 本章小结
第八章 特征区域和多参数ICP结合的断裂面匹配
第一节 引言
第二节 基于凹凸性判断的特征区域提取
第三节 基于特征区域相似性判断的粗匹配
第四节 多参数ICP的断裂面精匹配
一、ICP算法
二、多参数ICP算法
第五节 本章匹配方法的步骤
第六节 实验结果与分析
一、两个碎块的匹配
二、多个碎块的整体拼合
第七节 本章小结
第九章 基于2D图像特征的断裂面匹配
第一节 引言
第二节 基于区域层次的粗匹配
一、区域划分
二、基于4PCS的区域匹配
第三节 三维点云的BA图像表达
第四节 三维变换矩阵求解
第五节 本章匹配方法的步骤
第六节 实验结果与分析
一、公共数据模型配准
二、两个碎块的匹配
三、多个碎块的整体拼合
第七节 本章小结
第十章 基于IDSC和SVD的断裂面匹配
第一节 引言
第二节 基于IDSC的断裂面粗匹配
一、基于IDSC的图像匹配
二、点云刚体变换求解
第三节 基于SVD的精匹配
第四节 本章匹配方法的步骤
第五节 实验结果与分析
一、不同类型的点云配准
二、两个碎块的匹配
第六节 本章小结
第十一章 多特征融合的断裂面匹配
第一节 引言
第二节 基于双层边界区域生长的轮廓线提取
第三节 基于轮廓线的粗匹配
一、轮廓线曲率和挠率的计算
二、轮廓线特征串的匹配
第四节 多特征提取与融合
一、几何特征计算
二、特征参数融合
第五节 多特征融合的断裂面精匹配
第六节 实验结果与分析
一、两个碎块的匹配
二、多个碎块的整体拼合
第七节 本章小结
第十二章 研究总结与展望
第一节 研究总结
一、碎块配准
二、碎块分类
三、碎块断裂面提取
四、碎块断裂面匹配
第二节 发展展望
一、碎块分类方面
二、区域特征结合多参数ICP的匹配方法
三、碎块原始表面所包含的纹理和颜色信息
四、碎块断裂面匹配方法
参考文献

陶制文物在出土时大多
已破碎，碎块数量多，且结
构形状各异，大多存在缺损
，采用人工方法进行拼接复
原是一项周期长且难度大的
工作。现在多采用三维扫描
设备获取碎块的三维数据模
型，并借助计算机技术实现
文物碎块的虚拟匹配拼接。
由于已有匹配方法对几何特
征的完整性要求较高，并且
存在特征单一、误差大以及
效率低等弊端，因此，对文
物碎块的匹配效果不佳。
本书针对刚体文物碎块
的三维数据模型，主要研究
基于断裂面上多特征的碎块
匹配方法，将相邻碎块进行
匹配拼接，从而实现文物的
虚拟复原。全书共12章，主
要内容包括：（1）文物虚
拟复原概述。（2）文物碎
块数字模型获取和预处理。
（3）几何特征保持的碎块
模型去噪。（4）基于几何
属性和k-D树的碎块模型配
准。（5）基于显著区域和
二维形状特征的碎块分类。
（6）基于凸脊分割线的断
裂面提取。（7）五种碎块
断裂面匹配方法：①基于
ISS特征点的断裂面匹配方
法；②特征区域与多参数
ICP结合的断裂面匹配方法
；③基于2D图像特征的断裂
面匹配方法；④基于IDSC和
SVD的断裂面匹配方法；⑤
多特征融合的断裂面匹配方
法。（8）研究总结和展望
。
该书得到国家自然科学
基金项目（61731015，
61672013）、陕西省自然
科学基础研究计划项目
（2021JQ-765）、西安财
经大学青年英才发展支持计
划等项目的支持，其主要方
法已应用于秦始皇陵兵马俑
的虚拟复原工程中，并取得
了良好的复原效果。同时，
特别感谢西北大学信息科学
与技术学院耿国华教授和周
明全教授对本书撰写过程中
提供的帮助和指导。