文物是人类在历史发展过程中留存下来的具有重要意义和研究价值的遗物和遗迹。经历了千百年的变故后,部分历史文物已遭到破坏,面对考古发掘出土的大量文物碎片急待修复以恢复其原貌。由于手工方法对文物碎片的拼接成本高、周期长且容易对文物造成二次损伤,借助于三维激光扫描设备和三维图形图像处理技术,利用计算机辅助文物碎片虚拟拼接开辟了文物复原的新途径。本文以秦兵马俑一号坑第三次发掘出土的具有较大厚度的兵马俑碎片作为研究对象,针对其厚度较大的特点对非薄壁碎片自动拼接相关技术进行了深入研究。主要研究进展如下：(1)提出了一个基于非薄壁文物碎片的断裂面提取算法。该算法首先利用体积积分不变量对碎片模型表面顶点进行特征描述,提取位于碎片尖锐轮廓边界上的特征点并生成闭合的轮廓边界线,再依据闭合轮廓边界线将碎片表面分割为若干个独立的曲面,最后利用几何特征和颜色特征相结合的方法来得到碎片的断裂面。(2)提出了一种基于尺度空间极值检测的断裂面特征提取方法。该方法将二维SIFT匹配算法中的特征检测思想拓展到三维网格,把碎片三维网格曲面表示成从顶点到平均曲率的映射函数,利用尺度空间的概念,在多尺度下提取断裂曲面的局部极值作为几何特征变化显著的断裂面特征点,从而支持断裂面的特征匹配。(3)实现了断裂面匹配与碎片成对拼接。基于构建的局部球坐标系,利用二维统计直方图对断裂面特征点的邻域几何信息进行描述,采用基于欧氏距离的特征匹配方法得到最佳匹配断裂面,最后使用四元数法对碎片进行刚体变换从而得到在断裂面处的粗略对齐位置,并利用ICP算法进行位置的迭代求精,以实现两块碎片的精确拼接。(4)设计并实现了非薄壁文物碎片自动拼接原型系统。系统功能包括：碎片模型显示、曲面分割、断裂面提取、断裂面特征提取、断裂面匹配及成对拼接。实验表明系统能够有效地实现断裂碎片的自动拼接,其操作简单且交互性强。