一种物体表面反射参数获取方法及其在文物展示中的应用

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本文实现了可应用于文物展示的物体表面反射参数获取技术,该技术参考了现有三维扫描系统的原理,并利用了现有的三维扫描设备,在对物体进行三维扫描的同时,能获得反射参数计算所需的采样图像。本文实现的系统能在30秒左右时间内计算文物一个表面反射参数获取工作,最后结果是以表面点颜色为索引的反射参数表。使用该技术对多种材质的物体进行表面纹理重建能达到比较满意的效果。本文首先对目前现有材质属性获取技术进行比较分析,并对现有结构光三维扫描系统的基本原理做了阐述。根据由该系统原理产生的一些约束条件,以及文物展示的实际需求,本文采用了计算通用双向反射分布函数模型参数的方法来获得物体表面反射属性。选择适当的双向反射分布函数(BRDF)模型是整个研究工作的基础,模型的选择会影响到最后的纹理重建效果。本文先介绍了现有的一些BRDF模型原理、公式表达,并讨论了他们的优缺点以及各自的适应范围,接着分析了文物展示的需求,结合文物展示需求,提出使用Blinn模型来模拟物体表面反射特性。接下来,本文给出了利用现有结构光三维扫描系统进行模型参数计算的一系列方法,包括获得深度图像,求解漫反射分量和镜面反射分量。求解过程中的难点是计算镜面反射分量,其关键利用精确定位的转台来获取高光采样图像。之后,还需要获得空间点的三维坐标和照片上该点的二维坐标之间的对应关系,包括旋转前物体表面点的三维坐标和采样图像中二维坐标的对应以及旋转后该点的三维坐标与其在原图像中二维坐标的对应关系。本文就此进行了说明和公式推导,给出公式的推导过程以及最终结果。最后,本文利用现有三维扫描设备获取采样图像,经原型系统处理,得到几种材质物体的反射特性,并给出利用这些反射特性重建的纹理效果。
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