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    重庆时时彩娱乐网: 文化遗产的四维可视化方法.pdf

    关 键 词:
    文化遗产 可视化 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510765648.2

    申请日:

    2015.11.11

    公开号:

    CN106683165A

    公开日:

    2017.05.17

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06T 17/00申请日:20151111|||公开
    IPC分类号: G06T17/00; G06T15/04(2011.01)I 主分类号: G06T17/00
    申请人: 武汉大学
    发明人: 艾明耀; 赵鹏程; 王若曦; 胡庆武; 申力; 朱宜萱
    地址: 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学
    优先权:
    专利代理机构: 武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 42222 代理人: 严彦
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510765648.2

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.09|||2017.05.17

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供了一种文化遗产的四维可视化方法,包括确定文化遗产表面颜色变化的原因;获得表面颜色随时间变化的规则,包括在实验室模拟相应文物表面颜色的变色过程,建立对应时间与样本色度值之间的定量关系,从而建立样本颜色与时间的函数关系,得到色彩变化的时间模型;获得文物数字三维模型;纹理影像的获取与匀色匀光处理,包括利用相机获得当前时段的文物的图像作为后期彩色三维模型的纹理图像;使用纹理映射生成彩色三维模型;加入时间维生成文物四维模型,包括设置时间轴来设定时间,根据色彩变化的时间模型计算生成设定时间的时空纹理,绘制设定时间的彩色三维模型,通过显示多个确定时间点的彩色三维模型,从而形成四维的可视化效果。

    权利要求书

    1.一种文化遗产的四维可视化方法,其特征在于,包括以下步骤:
    步骤1、确定文化遗产表面颜色变化的原因;
    步骤2、获得表面颜色随时间变化的规则,包括在实验室模拟相应文物表面颜色的变色
    过程,建立对应时间与样本色度值之间的定量关系,从而建立样本颜色与时间的函数关系,
    得到色彩变化的时间模型;
    所述模拟相应文物表面颜色的变色过程,包括确定实验室中文物表面颜色的变色时间模
    型如下,
    <mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>F</mi> <mi>r</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>G</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>F</mi> <mi>g</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>B</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>F</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
    其中,t为实验室中反应进行的时间,R、G、B为对应的文物变色的红、绿、蓝通道颜
    色值,Fr(t)、Fg(t)、Fb(t)则分别表示红、绿、蓝颜色分量随时间变化的函数;
    所述建立样本颜色与时间的函数关系,包括将实验室模型转换为真实时间模型,包括根
    据实验室和自然条件下反应所需时间进行相应的转化和变换,最终确定自然时间下的颜色变
    换模型;
    步骤3、获得文物数字三维模型;
    步骤4、纹理影像的获取与匀色匀光处理,包括利用相机获得当前时段的文物的图像作
    为后期彩色三维模型的纹理图像,通过匀色匀光算法消除图像因光线、相机设置和环境所带
    来的色差;
    步骤5、使用纹理映射生成彩色三维模型,包括采用纹理映射方法将纹理图像映射到三
    维模型表面,生成彩色三维模型;
    步骤6、加入时间维生成文物四维模型,包括设置时间轴来设定时间,生成设定时间的
    时空纹理,绘制设定时间的彩色三维模型,通过显示多个确定时间点的彩色三维模型,从而
    形成四维的可视化效果;
    所述生成设定时间的时空纹理,包括根据步骤2中得到的色彩变化的时间模型计算确定
    时间点的色彩变化,得到确定时间的时空纹理。
    2.根据权利要求1所述的文化遗产的四维可视化方法,其特征在于:所述的步骤1中,首先,
    通过物理表面分析确定雕塑物因物理表面变化导致的变色;其次,通过物质成分分析确定雕
    塑物的主要颜料组成和物质成分;最后,比较分析雕塑物表面颜色变化前后的差异,确定导
    致变色的主要物理化学变化的因素。
    3.根据权利要求1所述的文化遗产的四维可视化方法,其特征在于:所述的步骤3中的获得
    文物数字三维模型的方式有,通过摄影测量进行光线交会得到三维立体模型,使用三维激光
    扫描仪直接获取物体表面点坐标,结合摄影测量同时获取物体表面的纹理。
    4.根据权利要求1所述的文化遗产的四维可视化方法,其特征在于:所述的步骤4中纹理影
    像的匀色匀光采用MASK和Wallis匀光算法实现。
    5.根据权利要求1所述的文化遗产的四维可视化方法,其特征在于:所述的步骤5中,首先,
    将多幅纹理图像映射到物体的三维模型上生成彩色三维模型,然后,对多幅纹理图像相接处
    进行局部的精细调整,确保整个模型的纹理色彩上光顺、几何上精确。
    6.根据权利要求1所述的文化遗产的四维可视化方法,其特征在于:所述的步骤6中通过显
    示多个确定时间点的彩色三维模型,从而形成四维的可视化效果,包括通过设置时间轴拖动、
    自动播放动画或变化对比显示文物彩色模型。

    说明书

    文化遗产的四维可视化方法

    技术领域

    本发明涉及文化遗产数字化?;ぜ际趿煊?,尤其涉及用于文化遗产高精度数字化重建及
    展示文化遗产的色彩变化与复原效果的四维可视化方法。

    背景技术

    实体的四维可视化即实体在时间和空间上的模拟显示,即3D空间+时间,它不仅可以为
    观察者提供一种空间上的近似真实的视觉体验,还可以展示实体随时间的改变,便于观察者
    了解实体的整个变化过程,为学习和研究实体在时间和空间上的属性特征及其变化规律提供
    基础。三维模型是对现实三维世界的简化表达,而时间则是三维模型变化的轴线,是现实世
    界变化的维度??墒踊窃擞眉扑慊夹窝Ш屯枷翊砑际踅蒲Ъ扑愕慕峁肮套晃?br />图形或图像在屏幕上显示并进行交互处理的理论技术和方法。现在有许多可视化工具,如
    OpenGL、DirectX、Jet3D,其中SGI公司推出的GL三维图形库表现突出,易于使用而且功
    能强大。

    文化遗产的四维可视化方法是研究文化遗产(如塑像、壁画、古代建筑等)在时间和空
    间上的特征及其变化规律的基础。把实体的四维可视化技术引入到文化遗产数字化?;さ墓?br />作中,能有效的完成文物的复原、展示和预测等工作,为文化遗产的数字化?;すぷ魈峁┭?br />究和展示的平台。三维激光扫描技术、摄影测量和计算机视觉等技术已经在文化遗产三维数
    字化中广为使用,多种技术结合的方法得到了大量的3D模型。这些3D模型是当前状态的表
    征。近年来,4D模型和可视化成为学界研究的关注点,其中,时间维度主要来通过旧的数据,
    如旧照片、古典绘画、古籍资料等获得??梢酝ü煌暮娇沼跋窠腥亟ɑ竦貌煌?br />期的三维模型,从而形成4D模型并可视化;也有对古代绘画、古籍文字资料等材料进行分
    析获得以往时期的几何模型或颜色模型而实现四维可视化。此外,也有通过建模分析和模拟
    文化遗产以前的形态,构建四维模型?;诰墒莸?D重建方法依赖于数据本身,因而限
    制了其适用范围?;诮7治龅姆椒ㄈ菀滓蚰P偷钠畹贾陆峁钠?。本发明则提出了
    新的思路,从文化遗产的物理、化学等性质着手,分析其表面颜色发生变化的原因,从而恢
    复其不同时期的3D状态,形成其沿时间维度变化的效果,并利用可视化技术将这一过程展
    现出来。

    发明内容

    本发明目的在于探寻一种文化遗产数字化?;さ姆椒?,解决文化遗产的数字化复原问题,
    研究物体表面随时间变化的规律,并使用新型的多视角的数字化可视化方法来建立文物的彩
    色三维模型,为文化遗产的?;び牖乖峁┬碌慕饩龇桨?。

    本发明的技术方案为一种文化遗产的四维可视化方法,包括以下步骤:

    步骤1、确定文化遗产表面颜色变化的原因;

    步骤2、获得表面颜色随时间变化的规则,包括在实验室模拟相应文物表面颜色的变色
    过程,建立对应时间与样本色度值之间的定量关系,从而建立样本颜色与时间的函数关系,
    得到色彩变化的时间模型;

    所述模拟相应文物表面颜色的变色过程,包括确定实验室中文物表面颜色的变色时间模
    型如下,


    其中,t为实验室中反应进行的时间,R、G、B为对应的文物变色的红、绿、蓝通道颜
    色值,Fr(t)、Fg(t)、Fb(t)则分别表示红、绿、蓝颜色分量随时间变化的函数;

    所述建立样本颜色与时间的函数关系,包括将实验室模型转换为真实时间模型,包括根
    据实验室和自然条件下反应所需时间进行相应的转化和变换,最终确定自然时间下的颜色变
    换模型;

    步骤3、获得文物数字三维模型;

    步骤4、纹理影像的获取与匀色匀光处理,包括利用相机获得当前时段的文物的图像作
    为后期彩色三维模型的纹理图像,通过匀色匀光算法消除图像因光线、相机设置和环境所带
    来的色差;

    步骤5、使用纹理映射生成彩色三维模型,包括采用纹理映射方法将纹理图像映射到三
    维模型表面,生成彩色三维模型;

    步骤6、加入时间维生成文物四维模型,包括设置时间轴来设定时间,生成设定时间的
    时空纹理,绘制设定时间的彩色三维模型,通过显示多个确定时间点的彩色三维模型,从而
    形成四维的可视化效果;

    所述生成设定时间的时空纹理,包括根据步骤2中得到的色彩变化的时间模型计算确定
    时间点的色彩变化,得到确定时间的时空纹理。

    而且,所述的步骤1中,首先,通过物理表面分析确定雕塑物因物理表面变化导致的变
    色;其次,通过物质成分分析确定雕塑物的主要颜料组成和物质成分;最后,比较分析雕塑
    物表面颜色变化前后的差异,确定导致变色的主要物理化学变化的因素。

    而且,所述的步骤3中的获得文物数字三维模型的方式有,通过摄影测量进行光线交会
    得到三维立体模型,使用三维激光扫描仪直接获取物体表面点坐标,结合摄影测量同时获取
    物体表面的纹理。

    而且,所述的步骤4中纹理影像的匀色匀光采用MASK和Wallis匀光算法实现。

    而且,所述的步骤5中,首先,将多幅纹理图像映射到物体的三维模型上生成彩色三维
    模型,然后,对多幅纹理图像相接处进行局部的精细调整,确保整个模型的纹理色彩上光顺、
    几何上精确。

    而且,所述的步骤6中通过显示多个确定时间点的彩色三维模型,从而形成四维的可视
    化效果,包括通过设置时间轴拖动、自动播放动画或变化对比显示文物彩色模型。

    本发明具有如下积极效果:

    1,本发明提出了文化遗产四维可视化的一种工作流程,通过获取三维模型和时间彩色变
    换,实现了文化遗产在时空维的变化显示,为文化遗产的?;ず透丛峁┬路椒?。

    2,本发明从表面颜色变化研究文物随时间的变化,通过研究物质的理化性质与表面颜色
    变化关系得到文物在不同时期的表现形态,为文物的复原和变化预测提供了新的研究思路。

    3,本发明使用高精度激光扫描、摄影测量、纹理匀色和纹理映射等技术建立了精准真实
    的文物彩色三维模型,为文化遗产的数字化模型建立工作提供了参考。

    本发明的研究受到国家基础研究计划(973项目)No.2012CB725300和武汉大学实验技
    术项目(WHU-2015-SYJS-04)的支持,关系到我国文物?;ず臀幕挪乱?,具有重要的实用
    意义。

    附图说明

    图1为本发明实施例的流程图。

    具体实施方式

    以下结合附图和实施例对本发明技术方案进行具体描述。

    如图1所示,实施例所提供一种文化遗产的四维可视化方法,包括以下步骤:

    步骤1,确定文化遗产表面颜色变化的原因:通过同步辐射分析、成分分析、物理表面分
    析和遥感光谱等多种方法确定文化遗产表面颜色变化的原因。

    实施例中,确定文化遗产表面颜色变化的原因,该步骤主要涉及同步辐射分析、成分分
    析、物理表面分析和遥感光谱等多种方法确定文化遗产(文物)表面颜色变化的原因。实际
    操作可综合运用多种方法,如首先,通过物理表面分析确定雕塑物因物理表面变化导致的变
    色;其次,通过物质成分分析确定雕塑物的主要颜料组成和物质成分;最后,比较分析雕塑
    物表面颜色变化前后的差异,利用显微观测表面结构、同步辐射、能量散射、光谱分析等方
    法确定导致变色的主要物理化学变化的因素,为进一步研究变色与时间的关系提供理论依据。
    具体实施时,可以预先确定文化遗产表面颜色变化的原因,以备文化遗产的四维可视化使用。

    步骤2,获得表面颜色随时间变化的规则:在实验室模拟相应文物表面颜色的变色过程,
    建立对应时间与样本色度值之间的定量关系,从而建立样本颜色与时间的函数关系,得到色
    彩变化的时间模型。

    实施例中,获得表面颜色随时间变化的规则,该步骤进一步包括以下两步:①在实验室
    模拟相应表面的变色过程,建立对应时间与样本色度值之间的定量关系,从而建立样本颜色
    与实验室时间的函数关系。②将实验室模型转换为真实时间模型,可通过变换和转换将实验
    室时间转换成自然时间,确定自然时间下的颜色变换模型。如常见的红色对联在自然条件下
    被长时间日光照射后,其颜色逐步褪化,最终变成白色。因此,可以在实验室中设计红色对
    联受光照和时间的影响褪色的实验,记录固定光照值条件下不同时间点对联的颜色,从而形
    成对联的颜色随时间变化的褪色模型,而自然条件,每天的光照不同,自然褪色的时间亦不
    相同,因此需要统计自然条件下光照的变化和褪色时间。并将实验室的褪色模型与自然条件
    下的光照和实际褪色时间进行对应和转换,修正实验室得到的褪色变化模型。

    所述的步骤2中的获得表面颜色随时间变化的规则包括以下子步骤:

    ①实验室中文物表面颜色的变色时间模型确定


    在等式1中,t为实验室中反应进行的时间,R、G、B为对应的文物变色的红、绿、蓝
    通道颜色值,Fr(t)、Fg(t)、Fb(t)则分别表示红、绿、蓝颜色分量随时间变化的函数。

    ②实验室的时间模型转换为真实时间模型,由于等式1中的t为实验室反应时间,而自
    然环境下与实验室中的反应速度不同,所以需要根据实验室和自然条件下反应所需时间进行
    相应的转化和变换,最终确定自然时间下的颜色变换模型,即色彩变化的时间模型。

    步骤3,获得文物数字三维模型:采用摄影测量双目立体、结构光、投影光栅以及激光扫
    描等多种方法获得文物数字三维模型。

    实施例中,采用高精度三维激光扫描仪直接获取物体表面点坐标的激光点云数据,同时
    配合高分辨率相机获取物体表面纹理照片,对激光点云数据进行构网生成文物表面,获得文
    物数字三维模型。

    所述的步骤3中的获得文物数字三维模型的方式有:

    通过摄影测量进行光线交会得到三维立体模型;

    使用高精度三维激光扫描仪直接获取物体表面点坐标,结合摄影测量同时获取物体表面
    的纹理。

    步骤4,纹理影像的获取与匀色匀光处理:利用相机获得当前时段的文物的图像作为后期
    彩色三维模型的纹理图像,通过匀色匀光算法消除图像因光线、相机设置和环境所带来的色
    差。

    具体实施时,纹理影像的匀色匀光处理,可通过MASK和Wallis等匀光算法消除因多幅
    纹理图像间光线、相机设置和环境所带来的色差,使得多幅纹理图像组合显示时没有明显的
    色差。

    所述的步骤4中纹理影像的匀色匀光和步骤5中精细的纹理映射是保证文物彩色三维模
    型极具真实感和精准性的重要步骤。

    步骤5,使用纹理映射生成彩色三维模型:采用纹理映射方法将纹理图像映射到三维模型
    表面,生成彩色三维模型。

    实施例中,纹理映射生成彩色三维模型,该步骤首先,将多幅纹理图像映射到物体的三
    维模型上生成彩色三维模型,然后,对多幅纹理图像相接处进行局部的精细调整,确保整个
    模型的纹理色彩上光顺、几何上精确。

    步骤6,加入时间维生成文物四维模型:设置时间轴来设定时间,利用步骤2中的规则
    成该时间的时空纹理,使用三维图形显示技术快速的显示该时间的彩色三维模型,通过显示
    多个确定时间点的彩色三维模型,从而形成四维的可视化效果。

    实施例中,加入时间维生成文物四维模型,该步骤首先,通过设置时间拖动轴来设定时
    间,然后,根据步骤2中得到的色彩变化的时间模型计算该时间点的色彩变化,生成该时间
    的时空纹理,最后,使用DirectX或OpenGL三维图形显示技术快速的显示该时间的彩色三
    维模型。

    为了提供四维效果,可以设置多个时间点进行连续展示,所述的步骤6中的文物四维模
    型使用以下方法实现:

    ①生成多个确定时间点的时空纹理,根据步骤2中得到的色彩变化的时间模型和当前时
    段的文物的彩色三维模型计算确定时间点的色彩变化,生成确定时间的时空纹理。

    ②绘制确定时间点的彩色三维模型,使用DirectX或OpenGL等三维图形显示技术,显
    示所选定时刻的彩色三维模型。

    ③通过设置时间轴拖动、自动播放动画、变化对比等方式显示文物彩色模型。

    具体实施时,本领域技术人员可采用计算机软件方式支持实现流程。

    本发明提供了本领域技术人员能够实现的技术方案。以上实施例仅供说明本发明之用,
    而非对本发明的限制,有关技术领域的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,
    还可以做出各种变换或变型,因此所有等同的技术方案,都落入本发明的?;し段?。

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