基于三维建模和GAN图像修复的彩绘漆箱数字化修复方法研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangyang2005
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中华古文物蕴含着丰富的文化、艺术与科学价值。但是,出土文物因长期的自然或人为因素导致程度不同的损坏,严重影响文物的研究与鉴赏价值。因此,文物修复意义重大。传统文物的修复方法效果严重依赖于修复人员的工作经验和态度,工作量巨大、修复效率低,易造成文物二次损坏。随着信息时代的到来,古文物修复从传统的“手工”方式转变为“人工智能+现代仪器+虚拟现实”的全数字化方式,具有高效、精确、灵活、无损的潜质。在此背景下,本文以2008年7月出土于西安凤栖原张安世家族墓中的汉代木质彩绘漆箱为研究对象,利用计算机三维建模技术、机器视觉技术和基于生成式对抗网络的图像修复技术,实现了汉代木质彩绘漆箱的数字化修复和数字化展示。论文主要工作内容包括:(1)彩绘漆箱箱体结构的数字化重构研究为了构建完全垮塌变形的彩绘漆箱的轮廓模型,通过对漆箱一维、二维和三维数据的全面采集以及信息处理分析,结合相关史料以及专家经验,初步形成木质彩绘漆箱的外形轮廓和结构,利用计算机三维建模软件3Dmax构建其初级模型,并以漆箱部分单元的真实尺寸对三维采集数据尺寸进行标定,运用三维空间曲线距离公式计算到漆箱的真实尺寸,最后使用准确计算得到的三维空间尺寸对漆箱初级模型进行精确化,得到准确的彩绘漆箱数字化结构模型。(2)彩绘漆箱表面纹饰图案的修复算法研究漆箱纹饰图案的数字化修复关键技术在于可靠的图像修复算法。修复过程分为漆箱图像预处理、图像待修复区域选取、图像修复。首先根据漆箱纹饰图案的排布规律进行单元分割,并对分割后的单元图像进行去噪、增强、矫正等预处理操作,改善图像质量。然后通过图像掩膜对预处理后的单元图像待修复区域进行掩膜操作。最后,使用图像修复算法对待修复单元图像进行修复。通过对比多种图像修复算法,最终确定以生成对抗网络的修复方法为核心,通过增加门控卷积层提升图像修复效果。实验表明,带有门控卷积的生成对抗网络修复算法能够得到细节更多的修复效果。(3)破损彩绘漆箱的数字化修复过程研究在(1)和(2)的工作基础上,将构建好的三维箱体结构模型与完成修复的纹饰图案相结合。该过程先利用漆箱纹饰结构的规律对完成修复的单元纹饰图案进行拼接,形成一个完整的漆箱表面纹饰,然后再通过ZBrush软件将完整的漆箱纹饰图案映射到三维数字漆箱模型上,最终实现汉代木制彩绘漆箱的数字化修复。(4)彩绘漆箱的数字化展示平台搭建结合古文物数字化展示的目的与需求,采用C++语言在Qt软件开发平台上,使用Qt Disigner界面开发、OpenCV4机器视觉库等工具和技术,完成了古文物数字化展示软件系统的设计。该工作包含数字化展示平台的功能界面搭建、图像预处理算法的移植、数据库调用等内容,最终成功搭建了具备古文物数字化图像和视频信息展示功能的软件平台。在上述数字化修复工作基础上完成的“西安凤栖原张安世家族墓中的汉代木质彩绘漆箱”的1:1复制实物,现陈列于陕西省考古博物馆第五展厅,被作为科技文物修复样本展出。
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