近些年来,三维数字化技术得到了快速发展,并且已应用在工业设计、质量控制、影视娱乐、虚拟现实及文化遗产等领域。与此同时,这些领域的发展对三维数据获取与处理提出了新的要求,并有如下特征:对象形状和纹理的复杂化、对象状态的多样化、采集系统与处理流程的集成化。　　为了解决这些问题,本文提出了一套完整的三维数据获取与处理方案用于对各类场景如运动对象、复杂物体和大规模场景等进行建模,将三维点云数据获取、三维数据配准及纹理映射等诸多数据获取和处理流程进行了高度集成化,并成功应用在文化遗产的数字化项目中。本文的主要贡献如下:　　1.提出了一种基于单幅彩色条纹的图案编码及解码算法,并在此基础上构建了实时三维扫描系统,实现了利用手跟踪的三维人机交互。该图案结合了彩色编码和周期性的二次图案,条纹的颜色分布基于六种颜色三阶的De Bruijn序列。通过利用图割方法来获取条纹的颜色及根据局部的灰度分布来确定每个周期内部的编码,该系统可以实现对运动场景的稠密重建。　　2.提出了基于结构光扫描的多视点数据自动处理方法。通过将三维数据获取与处理在统一的框架下考虑,实现了对复杂对象的高效建模。首先根据特征点的匹配关系构建其全局框架以实现多视点扫描数据的高精度自动配准,然后通过系统的标定参数和网格边界区域的对应进行纹理映射及融合,从而生成真实感三维模型。　　3.提出了结合图像建模和结构光扫描的大规模复杂场景多分辨率重建方法。利用基于特征点深度约束的稠密匹配实现了根据图像序列对大尺度场景的快速重建,而结构光扫描对局部细节进行精细采集,二者的数据用其对应点进行配准。　　针对文化遗产保护中的相关问题,在三维数据获取的基础上,开发了三维数据管理系统和计算机辅助考古线图绘制系统,研究了文物的虚拟复原及数字展示技术。相关方法和系统已在龙门石窟三维数字化工程等诸多文化遗产项目中得到成功应用。这些项目的实施表明,高质量高效率的三维数字化技术能提高考古研究的水平并将在文化遗产保护中起到越来越重要的作用。