二十一世纪,逆向工程技术不仅成为消化、吸收国外先进技术的有效手段,在产品快速创新、设计创新等方面发挥越来越重要的作用,在工业设计、临床医学、文物快速修复、三维实体造型等方面也有着重要的应用价值。逆向工程的实质是采用三维扫描设备得到点云数据并对其进行快速有效的处理。基于断裂面的匹配技术是逆向工程中的重要研究内容,尤其在计算机辅助文物修复方面有着极为重要的研究意义和应用价值。本文针对有厚度的断裂面点云的匹配问题,研究了断裂面匹配过程中的关键技术,包括断裂面分割和识别、断裂面特征提取、整体拼合等。具体的研究工作如下:(1)根据断裂面和原始面的分界上特征点的特性,通过计算多尺度半径下的碎片点云表面的体积积分不变量得到边界分割特征点,根据分割点采用最短策略生成了闭合的边界线,利用深度优先遍历算法将碎片分割成多个曲面,再根据曲面的粗糙度来识别断裂面。(2)根据平均曲率来提取断裂面上的凹凸区域,根据凹凸区域内点的法向量确定了凹凸区域的主方向,建立了一个单轴坐标系,将区域内的点投影到坐标轴上,根据投影点在坐标轴上的高度值,确定了断裂面上的局部极值点,并对断裂面的极值点进行了筛选。(3)完成了对断裂面的特征信息提取工作,根据凹凸区域找到的局部极值点,建立了两种断裂面的特征库:第一种是根据极值点之间的欧氏距离建立特征库,采用穷举法对极值点之间的距离相似进行搜索得到断裂面的匹配对,并用极值点对矢量的夹角进行匹配对的验证;第二种是搜索极值点的k最近邻域作为断裂面的特征区域,计算极值点邻域的质心,基于极值点与质心的距离、极值点的体积积分不变量特征值建立了特征库,同样采用穷举法完成断裂面匹配对的寻找工作,为后续的断裂面匹配提供了依据。(4)设计了点云处理系统,根据寻找到的断裂面匹配对,采用四元数法计算了点云的刚体变换矩阵,对碎片点云进行了刚体变换,得到了点云的对齐位置,并以实例实现了碎片的拼接工作,验证了算法的可行性。