一种基于逆向工程的博物馆藏品三维数字建模的系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术提供的一种基于逆向工程的博物馆藏品三维数字建模的系统及其使用方法，该系统包括扫描控制与图像采集部分、三维重建部分和三维构型部分；该发明专利技术的系统的使用步骤包括藏品结构的三维扫描、非几何藏品结构信息的整理、确定藏品结构的三维信息表达方案、三维数据的形成和添加非几何工程信息；本发明专利技术的优势在于极大的提高了三维数字建模的速度，并且保证了藏品的三维模型的精度；使得数据模型的形状和色彩与藏品保持了高度的一致；本系统采用国际最先进的光学测量技术，幅面更大，抗干扰能力强，操作方法简单，测量效率得到提高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供的，该系统包括扫描控制与图像采集部分、三维重建部分和三维构型部分；该专利技术的系统的使用步骤包括藏品结构的三维扫描、非几何藏品结构信息的整理、确定藏品结构的三维信息表达方案、三维数据的形成和添加非几何工程信息；本专利技术的优势在于极大的提高了三维数字建模的速度，并且保证了藏品的三维模型的精度；使得数据模型的形状和色彩与藏品保持了高度的一致；本系统采用国际最先进的光学测量技术，幅面更大，抗干扰能力强，操作方法简单，测量效率得到提高。【专利说明】
本专利技术涉及三维数字建模领域，特别是。
技术介绍
三维数字建模技术是近年来发展起来的一项高新技术，它通过高速白光扫描测量的方法，以被测对象的采样点、离散点集合——称之为“点云”的形式获取物体或地形表面的阵列式几何图像数据，可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速、精确地获取物体的三维信息，并进而建立起科学准确的数据模型提供了一种全新的技术手段。正是基于这些优点，近年来，在文物考古领域也开展了一系列三维数字建模技术应用实践工作，如故宫博物院开展的古建筑数字建模项目，洛阳龙门石窟研究院利用三维技术建立的数字档案。这些实践工作为三维数字建模技术在文物考古领域的进一步深入开展都是有益的探索和实践。引入三维数字建模技术，对考古遗址的相关信息进行同步采集和处理，并进而建立数字模型，不仅可以满足考古发掘过程中科学、准确获取遗址各类信息的要求，同时也为后期研究、保护、考古资源管理、公众教育奠定了重要的基础。 三维物体数字化技术与可视化技术在考古学中的应用，不仅能够准确获取文物遗址的各类信息，而且与其他信息技术相结合可以拓展考古遗址三维数字模型的应用范围，如文物遗址的数字化存储、测绘、文物修复、考古现场及遗址中的文物管理与监测以及虚拟研究和展示等方面的应用。 妥善而永久地保存文物遗址信息是文物考古工作的基本需求，三维数字建模技术提供的文物数字化存储，是当前满足这一需求的最佳手段。通过三维数字建模技术可以建立高精度的文物遗址数字模型，包括外部几何信息、结构信息以及局部细节信息，还可以为文物的数字测绘、辅助修复、管理以及虚拟现实等拓展应用提供最基础的支撑。从目前发展状况看，考古数字化项目存在以下问题:1、利用大型计算机实时描绘虚拟现实图像，设备昂贵，场地限制大；2、模型数据的大量简化和全景照片的使用可以满足普通硬件的需求，但场景的逼真度和沉浸感较差；3、目前互联网提供的展示功能，缺乏三维沉浸感和交互性；4、模型数据仅具有展示功能，难以满足维修重建的工程技术参考需要； 三维白光扫描技术是近几年逐步发展成熟的最新测量技术，它具有其它测量技术无法比拟的优势。尤其是非接触式的测量手段，不会对考古文物造成损坏。此外，该技术明显降低了对考古文物的测量工作的难度和工作量，所得数据的可挖掘性强，多用性好。随着三维扫描技术同GIS等相关技术的结合，必将不断增强其在古建筑保护领域的应用价值和潜力。从文物扫描、获取准数据、建立数据库，都更方便了。通过曲线曲面扫描、全面质量检查、逆向工程、三维数据采集建立数据库。三维数字化技术可以实现文物实体与信息的分离，为文物保护和研究提出了一个全新的概念和发展方向，这是纸质媒体、胶片媒体等所无法达到和实现的。近年来，随着光机电一体化技术的迅猛发展，以日、德等国为代表的发达国家都非常重视文物数字化技术的研究，相继研发了可用于大型平面文物的高清、高保真数字化设备，并成功地应用于壁画、字画、板画等平面文物的数字化及其分析、研究和保护。三维白光扫描技术具有以下优点:(1)速度快:几千?几十万点/秒；(2)信息丰富:它包含大量物体表面的被测点，每个点均带有三维坐标和白光反射强度值，能真实地展现物体的外貌，可有效解决对形状复杂物体的观测问题；(3)精度高:精度为毫米级；(4)有益保护被测物体:属于看到即可的非接触式测量；(5)节省资金:很少需要搭建脚手架；(6)数据价值高:数字化的资料能够长久保存，古建筑点云具有广泛的应用性。 逆向工程是利用对实物测量的数据重新构造实物的计算机模型，然后利用CAD/CAE/CAM等计算机辅助技术进行分析、再设计、数控编程等操作，而后进行加工。逆向工程现己发展为CAD/CAM中一个相对独立的范畴。通过实物模型产生CAD模型，可以使产品设计充分利用CAD技术的优势，并适应智能化、集成化的产品设计制造过程中的信息交换。实施逆向工程可以充分发挥先进的测量设备的优越性，使其既可以作为CAD/CAM系统所需要的三维输入装置，又可以作为CAD/CAM系统处理后的误差检测评估装置，从而提高工业产品的设计，制造自动化程度，缩短产品的试制开发周期，降低生产成本。将逆向工程技术定义为没有工程图纸的情况下，对物体的物理模型进行测量，通过对测量信息的分析和处理来反求其CAD模型的过程。在这一意义下，逆向工程可以定义为:是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术和几何模型重建技术的总称。逆向工程是综合性很强的术语，它是以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对己有新产品进行解剖、深化和再创造，是对己有设计的设计，特别强调再创造是反求的灵魂。应该看到:逆向工程有其独特的共性技术和内容，还是一门新兴的交叉学科分支。现行产品中的各种复杂高新技术，在逆向工程中都会遇到如何消化吸收并加以改进和提高。所以对于新兴技术的理解、消化和推广上，逆向工程作用十分巨大。现代人们通称的设计一般均指正向设计。它根据市场需要提出目标和技术要求，使设计意图变为产品。如何合理利用他人的设计思想，加快自身产品更新换代的能力，是在市场竞争日益激烈的今天站稳脚跟，持续发展的关键。实际上，在设计制造领域，任何产品的问世，包括创新、改进和仿制，都蕴含着对已有科学、技术的应用和借鉴改进。可以看出，反求思维在工程中的应用己源远流长，然而提出这种术语并作为一门学问去研究，则出现于60年代，逆向工程是各国技术进步、发展，尤其是发展中国家迅速改变技术落后状况，提高综合设计、决策水平、制造水平，赶超世界先进水平的迅捷之路。战后日本工业恢复的需要使其首先对逆向工程进行了较早的研究，日本提出“第一台引进，第二台国产化，第三台出口”的口号，用了近二十年时间迅速崛起成为世界经济强国就是一个生动的历史证明。 但现有的技术的系统和方法中只能将藏品进行正向设计，对藏品进行三维数字化建模，其真实度与藏品有很大的差距，细节达不到更精准的体现。设计一种新的、基于逆向工程的博物馆藏品三维数字建模的系统及其方法系统，解决建模不能与藏品的形状、色彩不一致的问题，实现将电脑中的三维数据与藏品的形状、色彩达到高度的一致，是目前该领域重点的研究方向之一。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术提供，采用非接触式的测量手段，不会对考古文物造成损坏，建立高精度的文物、遗址数字模型，包括外部几何信息、结构信息以及局部细节信息，解决建模不能与藏品的形状、色彩不一致的问题，实现将电脑中的三维数据与藏品的形状、色彩达到高度的一致，进一步还可以为文物的数字测绘、辅助修复、管理以及虚拟现实等拓展应用提供最基础的支撑。 为实现上述专利技术目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于逆向工程的博物馆藏品三维数字建模的系统，其特征在于包括：扫描控制与图像采集部分；控制扫描仪的扫描头的扫描方式，控制发光器、图像采集卡，实现同扫描方式相配合的图像采集功能，将扫描获得的图像数据和其他数据做成PLY文件，完成定标功能；三维重建部分；对采集获得的PLY序列进行逐帧的图像处理、提取激光条带和中心线、并获物体外表面展开图；计算物体外表面各点的三维空间坐标，给出数据集；采用逆向工程，完成三维重建；三维构型部分；对数据进行三角形化处理，形成DXF、STL等文件；进行三维显示；本系统的扫描控制与图像采集部分、三维重建部分和三维构型部分通过数据线依次相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈露霖，
申请(专利权)人：江苏恒天先进制造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32