简牍是我国古代在纸张发明以前主要的文字载体,保存了丰富的历史文化信息,是中华民族宝贵的古代文化遗存;同时,简牍文字内容丰富、书体多样,演绎了中国软笔书法史的几个重要阶段,是我国民族书法艺术中的瑰宝,因此对于简牍文字修复的研究与应用具有极其重要的史料研究意义和文化艺术价值。文物修复是文物保护工作中一项不可缺少的重要工作。由于大多数简牍实物在出土前在地下渡过了悠长的历史时期,加之简牍本身的竹木材质属于易受腐蚀的有机物,使得出土简牍上的文字大多呈现出文字脱落、墨迹扩散、字迹模糊、笔画断裂等现象,大大增加了简牍文字信息提取和简牍文物修复的难度。本文在对简牍实物图像进行了大量分析和试验的基础上,提出了将数字图像处理技术、计算机辅助设计和虚拟现实技术相结合应用于简牍图像文字修复处理的新方法。该方法先后包括5个主要处理步骤:(1)简牍图像灰度化转换。本文的主要研究对象是简牍图像中的文字信息(即文字笔画的大小、形状和位置等),而原始的简牍图像是RGB彩色图像,它包括了大量冗余的色彩信息,使得有效文字信息占全部信息的比例较低,同时考虑到目前研究和应用得已非常成熟的经典处理算法都是基于灰度图像上进行的。因此,本文首先引入数字图像处理中的图像转换将24比特/像素的RGB彩色图像转换为了8比特/像素的灰度图像,在理论上为后续处理节省了2/3的存储空间和处理时间。(2)简牍文字轮廓提取处理。经过大量的简牍实物研究和对简牍图像灰度直方图的分析,本文发现使用传统的设置灰度阀值方法无法将简牍上的文字信息从图像背景中分割出来,同时本文认为文字轮廓信息是简牍文字的主要信息,在无法将整个文字的像素集合从背景像素集合中分离出来的情况下,转而提取文字的笔画轮廓信息也是一种可行地提取文字信息的途径。因此,本文引入Canny边缘检测算子来提取简牍文字的文字轮廓,Canny边缘算子与其它边缘检测算子相比具有边缘检测正确、边缘定位精确、单像素边缘响应等特性,大量试验结果证明,该算子具有较好的文字轮廓提取效果。(3)人机交互下的修复处理。本文经过大量的算法研究和试验认为,由于出土简牍文字信息的损害特点,完全寄希望于用一种智能的算法来修复文字是比较困难的,结合计算机辅助设计中人机交互的思想是一种较有效的方法。单像素边缘的阀值轮廓图像完全可以在人机交互的模式下利用计算机辅助设计中的铅笔和橡皮擦工具对文字轮廓进行手工修复。因此,本文在开源项目ImageJ的基础上实现了基于简牍文字修复处理的二次开发,在Java语言的AWT体系下实现了简牍文字轮廓修复的人机交互处理界面。(4)简牍文字轮廓填充处理。经过上一步在人机交互模式下的简牍文字轮廓修复处理得到了完整的简牍文字轮廓曲线图像,需要按照简牍文字的书法特征用黑色填充色将轮廓曲线所包含的文字笔画部分进行填充处理,从而得到复原的简牍文字笔画图像。因此,本文首先引入连通域检测算法标记出了简牍文字轮廓曲线之间的相互关系,再在对简牍文字的轮廓特性研究的基础上,总结出了填充简牍文字轮廓曲线的算法。简牍文字图像的复原结果在保留了原有书法特征的基础上,实现了简牍文字信息的数字化建档、数字化管理和数字化展示。(5)简牍文字虚拟重现处理。先前的简牍图像处理实现丁简牍文字信息的修复,但为了满足简牍文物展览的需要,需要将承载简牍文字信息的载体进行相关复原处理。而虚拟现实技术已在文物古迹的虚拟复原和虚拟展览上应用得非常广泛和成熟,被国际考古界称之为考古信息可视化技术,因此,本文最后引入虚拟现实技术对简牍实体进行了虚拟建模,实现了简牍文物基于互联网的三维虚拟展示平台的场景构建和动态交互。此外,本文在研究过程中注重理论结合实践,以应用为目的,基于本文的研究内容,为长沙简牍博物馆的考古专家开发了一套简牍文字辅助考古软件。通过实践表明,一方面,图像处理算法与人机交互处理相结合的方法具有操作简洁、实用可靠、修复效果较好等优点。图像处理算法保留了大部分原有的书法特征,在人机交互处理中修复人员只需简单地依靠人类大脑对人类文字的先验知识,对所修复的轮廓进行涂抹和勾划操作,手动修复的文字轮廓和原有的文字轮廓的近似程度很高,保证了原始作者的书法特征。另一方面,引入虚拟现实技术具有较好的简牍文物虚拟复原效果,以低成本、高效率的方式满足了博物馆面向公众进行简牍文物展览的需求。