文物是文化传承的重要载体,但是受自然环境与人类活动的影响,文物会出现不同程度的损毁,修复文物、还原文物全貌一直是各大文物修复基地工作的重点。传统文物修复采用手工翻模或黏土塑形,这类接触式修复方式不可避免会对文物造成二次损伤。随着三维数字化技术的发展与进步,无损、高效的数字化修复方式走入了文物修复者的视线。逆向工程与快速成型技术为文物的数字化修复提供了技术支持。在逆向工程中,采用点云精简完成点云数据量的压缩,提高数据处理效率,但现有研究往往忽略了特征点的提取问题,使得精简后的模型部分特征点丢失。另外,表面存在的孔洞使得模型特征点丢失更为严重,严重破坏了模型的完整性。因此,本文着重研究了点云模型特征点提取与孔洞修补,实现了文物的数字化修复。论文主要研究内容如下:(1)提出一种基于反距离权重与密度的点云特征点检测算法。算法基于阈值检测思想,可适用于多种类型点云模型的特征点检测,根据点云初始分布计算反距离权重与点云密度,以基于反距离权重的加权等效合力与点云密度作为综合检测参数判定目标点是否为特征点。提取出点云模型中的特征点后,根据平均曲率对非特征点分区,对不同区域设置不同精简率完成点云精简。实验结果表明,点云精简过程中结合有效的特征点提取算法,可在剔除点云模型中部分冗余点的同时有效保持模型原有特征。(2)提出一种基于改进波前法的孔洞修补算法。首先,识别出孔洞边界并对其进行预处理,改进传统波前法完成顶点与三角面的插入。然后,对新增顶点进行合理性检验避免网格相交,利用Delaunay准则检验同平面上新增三角面。最后,利用法矢与曲率信息调整新增顶点位置,实现了封闭孔洞的有效修补。考虑到岛屿孔洞与封闭孔洞的差异性,以孔洞边界和岛屿边界为波前,提出了适用于岛屿孔洞修补的多向波前法。(3)以青铜古剑为修复对象,验证所提算法有效性的同时完成了数字化文物修复的整个流程。首先,使用Artec Space Spider三维扫描仪获取青铜古剑的点云数据。然后,选用逆向软件Geomagic Studio完成点云去噪与点云拼接,利用上文所提方法实现点云精简与孔洞修补,导出古剑STL(Stereolithography)网格模型。最后,使用Magics完成古剑STL模型的切片处理,利用光固化成型技术完成文物复制品的加工。