多視角影像三維重建技術與考古遺物繪圖

摘要：多視角影像三維重建技術，利用計算機圖形學相關知識，在考古遺物繪圖領域多有應用，并根據人工智能與機器學習算法，機器本身學習大量相關圖片的同時，內部通過匹配對應圖像算法方式，在科考人員拍攝現場圖片后，即可通過調用系統內部圖片庫形式，將文物的關鍵點用坐標識別形式，有效提升匹配正確率，繪圖結果也將有效還原文物真實形態。

關鍵詞：多視角影像;三維重建技術;考古遺物繪圖

伴隨三維影像技術的飛速發展，針對出土文物繪圖難度大、文物保存不完整等現狀特點，使用三維圖像采集法，利用拍攝設備實現高分辨率規格影像制作，還可根據圖像匹配結果完成幾何矢量圖形實時遙感測繪、計算機本身實現自動分析圖像特性目標的同時，快速完成對圖像關鍵點的搜尋，進而構建出合理的三維模型。也可使用重建技術讓拍攝結果還原性有效提升，對測繪人員與考古分析人員的技術水平要求將在高度集成自動化背景下有所下調，為生成具有仿生還原性的圖像提供便利。本文對多視角影像三維重建技術的應用路徑與考古遺物繪圖方法做論述。

多視角影像三維重建技術的應用

作為計算機圖形學的相關知識，多視角影像三維重建技術可根據矢量圖形分離特點，將范圍內物體用計算機圖形建模語言確定對應物體坐標，并可根據采集結果完成影像實時拼接，不但讓景物還原性提升，對相對難拼接的圖像而言，還可通過融合坐標方式，建立三維立體空間直角坐標系，用相對全面的視角拍攝全方位物體圖像，根據計算機內部系統特點，自動學習圖像對應坐標，找到最佳直角坐標系，也可在捕獲對應圖片后，在后臺處理數據時，通過圖像識別軟件將預處理過程得以完成，也可利用人機交互方式，建立全球維度衛星坐標，對部分難以拾取的坐標點使用三角編程方法，生成對應坐標文件，對部分實際情況還可使用手動測量方式實現預期坐標點的測量過程。

無人機攝影技術的推廣讓圖像捕捉難度有所下降，并可在一秒內連續拍攝多張對應圖像畫面，在設置分辨率與圖像拍攝速率時，都可做到按需進行，對圖像矢量點陣的排列方法也將在系統相對科學的規劃下進行，在給定對應搜索范圍后，便可借助攝影器件完成對應圖像的實時捕捉，不但讓測繪質量與精度有所提升，還可使用對應特征算法，讓圖像獨一無二的特點被系統詳細記錄，匹配對應點位難度將有所降低，即根據圖像視野內空間圖形特點，利用仿生標準圖形方式，對所有特征點以點集形式記錄，并在搜索窗口內實現相關系數疊加，對同一物體的不同圖像拼接時，根據相同集合的拼接結果，匹配最符合條件的算法，并根據匹配強度使用迭代或中值累加方式，讓兩個圖像的共有部分得以形成。

根據拍攝結果，使用順序化圖像序列，可根據拍攝結果對三維數據進行融合，使最終測繪結果符合人體感知特點，即拍攝圖像處于靜態模式，通過疊加視覺效應實現數據模型建構，并可根據不同時間的拍攝結果，設置對應矩陣，根據矩陣內計算結果不斷累加匹配，匹配算法以用戶設置標準為主，為得到最佳計算結果往往需通過多次匹配步驟得以實現。當測繪圖像特征與實物基本一致后，便可確定最終測繪結果，即對數據初始化時，首先通過二維影像匹配與對應圖形還原度高的模型，建立空間直角坐標系后，根據魯棒效應建立對應約束與矩陣，在對矩陣內部逐漸分解為預期達到陣列后，得出對應坐標實現預期結果。

在計算相鄰圖像坐標與數據時，可通過融合初始數據特點方法，搜集相鄰點位坐標具有的共同特性，完成層層篩選步驟后得出對應計算模型，并根據對應位置關系計算最終結果，在將對應點集坐標用魯棒效應提取后，可根據預期生成圖像特點，使用三維與二維圖像疊加產生的視覺沖擊與傳達效應求解，生成的新圖像不但對二維與三維圖像基本特點有所保留，還可通過還原度高的方法讓相關計算模型具備仿生特點。考慮到拍攝設備與技術不斷優化，設備在拍攝期間即可通過聯網方式與后臺控制主機取得聯系，采樣路徑與影像特點具有可控制性，在有效還原拍攝結果的同時，利用相關系統內的集合特點，讓相關流程自動化水平得以提高，并可通過機器學習方式，進一步提升算法與預期計算方式，實時傳輸的畫面不但易于處理，還因相關操作具有便捷特點而讓應用范圍得以進一步延伸。

考古遺物繪圖方法探究

拍攝符合研究標準的圖像是提升繪圖與圖像處理效率的根本，不但需在硬件設備上得到技術支持，還需在人工處理圖像和分析軟件上進行技術升級，方可達到預期效果。為進一步提升拍攝質量，可根據實際預算情況，使用支持拍攝高清晰圖像的移動拍攝設備，如無人機、運動高清攝影機都可被文物測繪工作者選擇。與傳統手持拍攝相比，設備在惡劣的天氣條件下也可充分適應，不但具有良好防水性與防雷達屏蔽信號特點，設備本身帶有的定位系統也將具有實時定位功能，在后臺追蹤設備運行時，設備的運動路徑與鏡頭朝向都可被操作者輕松控制。另外拍攝時存在的抖動幅度過大問題也在對應設備技術升級時進行優化，系統固件不但支持防抖特性，還可通過調節ISO方法，提升拍攝效率與質量，人工控制噪點能力得到迅速提升，影像獲取難度也將有所下降。

在使用移動設備進行文物拍攝時，使用手動模式完成圖像曝光，設置合理光圈范圍，確保圖像景深與色彩還原度，調節光感，并根據圖像周圍環境調節感光度，對影像環境的固有特點完成手動調節，使用三維影像重建技術，使圖像方便在不同角度拍攝。并可根據拍攝需求方便后期處理，減少不必要的返工步驟。另外部分低分辨率圖像難免因抖動等原因而導致最終視覺呈現效果不佳現象出現，不但無助于完成對應圖像的拼接，還將加大后期返工成本，為此可考慮在拍攝鏡頭下墊一塊遮光板，部分圖像偏黯淡的視覺呈現效果可通過后期圖像處理軟件進行手動調節。在完成飛行拍攝時，對照片拍攝角度的選取需具備合理特點，為有效提升拍攝質量還可考慮在拍攝前對文物質量與方位地理坐標做全方位了解，為有效提升拍攝效率，需在拍攝前對設備預期運行路線與一分鐘內拍攝張數做手動調節，不但需具備良好拍攝能力與應變能力，還應根據不同文物特點設置個性化拍攝方案，以滿足對應需求。

一秒內連續拍攝多張圖像，后續進行拼接也將有助于提升圖像拍攝質量，使用三維建模法匹配對應空間直角坐標，后通過機器學習方式與系統內已知圖像完成高精匹配，將讓身處不同位置的圖形具有相似的圖像處理方式，考慮到不規則形態的出土文物占比較大，為此在進行對應算法匹配編程時，還需注意對相關變量的合理預估，并找尋最佳觀賞角度，即相同物體在不同視角觀賞時，可能呈現相對差異較大的視覺呈現效果，另外對背景顏色的選擇也將間接決定圖像拍攝結果。為進一步實現圖像的精準測量，提升拍攝質量，還可考慮根據差異化較大的圖像特點，設置對應拍攝方案形式，降低圖像返修率，也可根據需要對圖像進行全方位、全維度拍攝。因相關定位系統在拍攝設備內部即有安裝，在設置為垂直或懸空模式進行拍攝步驟時，還可考慮添加沙箱完成拍攝，對部分單一畫面不易裝下的物體而言，調節拍攝角度與鏡頭廣角可有效解決不易拍攝的問題。另外，周圍環境的不可替代也讓相關拍攝難度有所加大，進行全視角拍攝離不開相關繪圖軟件的配合，進行三維空間匹配算法時，也需充分考慮對應圖像與光線的疊加效應，為此在拍攝前還可查閱當地天氣預報，并根據攝影知識，選擇光線最佳的拍攝時間，也將顯著提升拍攝效果。

在對部分不規則文物進行拍攝時，一般使用俯視拍攝形式完成相關測繪工作，在到達對應位置后，定位系統即可精準確定文物位置，后可通過單點旋轉設備方式，讓拍攝設備在單一點位內完成多次旋轉，因圖像在矢量疊加處理時具有重復特點，可根據給定的廣角與光圈大小確定對應參數，并根據旋轉角度知識，對同一點位拍攝20—30張不同圖像以滿足使用。不但讓圖像通過多角度旋轉拍攝形式得以完整記錄，還可將圖像顏色還原度有效提升，文物的旋轉也可通過相關三維建模軟件得以清晰還原，并根據三維重建技術，生成對應圖像模型，并在系統中予以記錄，實現測繪者的目的。

多視角影像三維技術不但在考古遺物繪圖領域有所應用，近年來在地理信息測繪上也有所涉及，伴隨相關技術的不斷完善與硬件設備的迭代更新，未來將無需過多人工參與，即可拍攝、還原高精度文物圖像，滿足研究需求。

（作者王芳，學歷：大學本科，館員，單位：許昌市文物考古研究管理所，研究方向：考古發掘、考古勘探）

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