[发明专利]一种沉浸式文物碎块拼接修复系统

说明书

本发明公开了一种沉浸式文物碎块拼接修复系统，包括：检查模块，用于对文物碎块进行拼接并可视化匹配结果，接收用户对碎块匹配关系的修改，将错误匹配碎块分开，并选择目标碎块组；探索模块，用于为目标碎块组未匹配的碎块中筛选对应的候选匹配碎块；确认模块，用于通过反馈方式实现候选匹配碎块与目标碎块组的匹配感知，在确认匹配的候选碎块时，实现确定的候选碎块与目标碎块组的精确匹配并可视化精确匹配结果。通过该系统以实现让文物修复专家在虚拟现实空间中完成对文物中错误拼接的修正任务。

技术领域

本发明属于文物拼接技术领域，具体涉及一种沉浸式文物碎块拼接修复系统。

背景技术

针对文物碎块拼接，现有方法包括自动拼接算法、沉浸式手动拼接方法以及人机结合的拼接方法。

自动拼接算法的目的在于通过碎块的几何等特征计算碎块之间可能的相对位置，并最终将这些碎块拼接成一个整体。自动算法具有拼接高效和避免对碎块的二次损伤等优点。Papaioannou等人系统地将自动拼接算法流程分为成对匹配和多部份优化两部份。其中成对匹配过程通过碎块的几何特征搜索所有可能的两两碎块匹配对，并为每一对提供一个分数用以表明其匹配质量。基于成对匹配的结果，多部份优化则负责选择正确的匹配对并将各个匹配的碎块对拼接为完整的物体。然而，由于真实碎块具有因腐蚀、丢失等情况所导致的低质量特征以及匹配优化存在局部最优等问题，自动算法的匹配结果并非总是可靠。

基于沉浸式技术中三维可视化以及交互方法的发展，沉浸式手动拼接方法能够让用户更为高效地对三维扫描的虚拟碎块进行凭借尝试并完成文物的复原。这类方法主要包含交互的视觉反馈提示以及高精度交互两类技术。交互的视觉反馈技术主要使用增强现实可视化技术，在碎块之外显示可视化图符(如箭头、图表等)增强用户对当前碎块之间的具体空间位置关系的感知(如距离、碎块面的朝向、角度等)。高精度交互技术的目的是提升碎块手动对齐操作的效率并减少疲劳。这些技术主要包括设计用户手部移动与碎块移动的映射关系(如仅允许碎块延某个轴旋转)以及使用碎块自动对齐算法两大类。然而，以上沉浸式手动拼接方法主要面向两两碎块的手动对齐，并没有考虑拼接修复中的多碎块同时对齐的问题。随着对齐碎块数量的增加，观察并精确指定多个对齐位置成为一项挑战。

人机结合的拼接方法结合了自动拼接算法的高效特征以及人为拼接的准确性优点。一种人机结合的策略为在成对匹配算法得出两两匹配结果后与多部份优化得到完整文物前，让专家判断每种结果的正确性，从而即时地排除不正确的结果。另一种策略为让专家在成对匹配算法之前指定关键的匹配特征，从而提升匹配算法的拼接成功率。除此之外，3DPuzzling Engine将成对匹配的碎块对齐结果在沉浸式空间中呈现出来，并使用了匹配线的视觉反馈增强用户对具体匹配位置的感知。用户能够据此评估碎块匹配的正确性并手动改善对齐结果。然而，以上人机结合方法并未针对多部份优化之后的最终结果进行修复的情况。为了修复自动算法的最终拼接结果，专家需要找出其中错误的碎块匹配并从众多的拼接对齐可能性中寻找正确的结果。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的一种沉浸式文物碎块拼接修复系统，以实现让文物修复专家在虚拟现实空间中完成对文物中错误拼接的修正任务。

为实现上述发明目的，实施例提供了一种沉浸式文物碎块拼接修复系统，包括：

检查模块，用于对文物碎块进行拼接并可视化匹配结果，接收用户对碎块匹配关系的修改，将错误匹配碎块分开，并选择目标碎块组；

探索模块，用于为目标碎块组未匹配的碎块中筛选对应地候选匹配碎块；

确认模块，用于通过反馈方式实现候选匹配碎块与目标碎块组的匹配感知，在确认匹配的候选碎块时，实现确定的候选碎块与目标碎块组的精确匹配并可视化精确匹配结果。