出土青铜器碎片的数字化拼合

Bronzes are a Chinese cultural treasure. However, most unearthed bronzes are damaged, either corroded, broken or deformed, and must be restored. When restoring damaged bronzes using traditional methods, the result is dependent on the personal experience and skill of the restorer. The quality of restoration cannot be guaranteed, while the process is time consuming. Most bronzes are symmetric or partially symmetric in shape, and are decorated with symmetric patterns. The applicant has investigated the problem of finding symmetry from point clouds acquired from the surface of a physical model, and has observed that there is an intrinsic transformation between the reflection plane of a model and a coordinate plane. Based on this discovery, the applicant will investigate a digitizing method for bronzes and their fragments which are all thin walled, and build up digital models for the replicas of bronzes and their fragments. These digital models will be used as standard models to investigate an algorithm for retrieving the reflection plane from an incomplete point cloud sampled from the surface of a bronze fragment, and a method to analyize the deformation of the fragment using the symmetry information. This research will set up a basis for digital reassembly of deformed and corroded bronze fragments and digital restoration of bronzes in the future, contributing to the preservation of relics of bronze civilization.

青铜器是我国的文化瑰宝，但是在出土的大量青铜器中，大部分存在不同程度的破损，包括腐蚀、破碎和变形，需要进行修复。目前采用的传统修复方法主要依赖于修复师的个人经验和技术，不仅难以保证修复质量，而且需要花费大量的时间。由于青铜器大部分是对称的，且常带有对称纹饰，申请人在前期研究了从完整实物模型表面采集的点云数据计算对称性的问题，建立了镜像对称模型的对称面与任一坐标平面间的内蕴变换关系。在此基础上，本项目将研究青铜器及其碎片这类薄壁件的数字化方法，利用仿古青铜器建立完整青铜器的数字化模型和模拟出土青铜器碎片的数字化模型，以此作为标准模型，研究基于青铜器碎片上采集的点云数据提取对称面的算法，以及基于对称性的碎片变形分析方法。为进一步实现青铜器碎片的数字化拼合乃至青铜器的数字化修复奠定基础，从而为保护和传承青铜文明做出贡献。

在出土的大量青铜器中，大部分存在不同程度的破损，包括腐蚀、破碎和变形，需要进行修复。目前普遍采用传统修复方法，不仅难以保证修复质量，而且需要花费大量的时间。本项目主要研究了仿古青铜器及其碎片这类薄壁件的数字化方法，建立完整青铜器及其碎片的数字化模型，作为标准模型进行碎片拼合研究。目前完成了专用柔性夹具的设计和制作，采用两种扫描仪进行了扫描实验，完成了完整青铜器及其碎片的数字化；采用商品软件对扫描数据进行了处理，发现现有软件在处理纹饰比较复杂的模型方面还有欠缺；采用已提出的方法对碎片的扫描数据进行了对称性分析，发现在处理这类非完整数据方面精度较差。由于项目时间限制，对于上述研究中发现的问题，目前还在继续研究。.根据中国工业与应用数学学会几何设计与计算专业委员会的安排，召集并主办了复杂外形检测与反求工程专题研讨会，校外12位专家代表国内相关主要从事相关研究的高校到会研讨。