多视角影像三维重建技术与考古遗物绘图

摘要：多视角影像三维重建技术，利用计算机图形学相关知识，在考古遗物绘图领域多有应用，并根据人工智能与机器学习算法，机器本身学习大量相关图片的同时，内部通过匹配对应图像算法方式，在科考人员拍摄现场图片后，即可通过调用系统内部图片库形式，将文物的关键点用坐标识别形式，有效提升匹配正确率，绘图结果也将有效还原文物真实形态。

关键词：多视角影像;三维重建技术;考古遗物绘图

伴随三维影像技术的飞速发展，针对出土文物绘图难度大、文物保存不完整等现状特点，使用三维图像采集法，利用拍摄设备实现高分辨率规格影像制作，还可根据图像匹配结果完成几何矢量图形实时遥感测绘、计算机本身实现自动分析图像特性目标的同时，快速完成对图像关键点的搜寻，进而构建出合理的三维模型。也可使用重建技术让拍摄结果还原性有效提升，对测绘人员与考古分析人员的技术水平要求将在高度集成自动化背景下有所下调，为生成具有仿生还原性的图像提供便利。本文对多视角影像三维重建技术的应用路径与考古遗物绘图方法做论述。

多视角影像三维重建技术的应用

作为计算机图形学的相关知识，多视角影像三维重建技术可根据矢量图形分离特点，将范围内物体用计算机图形建模语言确定对应物体坐標，并可根据采集结果完成影像实时拼接，不但让景物还原性提升，对相对难拼接的图像而言，还可通过融合坐标方式，建立三维立体空间直角坐标系，用相对全面的视角拍摄全方位物体图像，根据计算机内部系统特点，自动学习图像对应坐标，找到最佳直角坐标系，也可在捕获对应图片后，在后台处理数据时，通过图像识别软件将预处理过程得以完成，也可利用人机交互方式，建立全球维度卫星坐标，对部分难以拾取的坐标点使用三角编程方法，生成对应坐标文件，对部分实际情况还可使用手动测量方式实现预期坐标点的测量过程。

无人机摄影技术的推广让图像捕捉难度有所下降，并可在一秒内连续拍摄多张对应图像画面，在设置分辨率与图像拍摄速率时，都可做到按需进行，对图像矢量点阵的排列方法也将在系统相对科学的规划下进行，在给定对应搜索范围后，便可借助摄影器件完成对应图像的实时捕捉，不但让测绘质量与精度有所提升，还可使用对应特征算法，让图像独一无二的特点被系统详细记录，匹配对应点位难度将有所降低，即根据图像视野内空间图形特点，利用仿生标准图形方式，对所有特征点以点集形式记录，并在搜索窗口内实现相关系数叠加，对同一物体的不同图像拼接时，根据相同集合的拼接结果，匹配最符合条件的算法，并根据匹配强度使用迭代或中值累加方式，让两个图像的共有部分得以形成。

根据拍摄结果，使用顺序化图像序列，可根据拍摄结果对三维数据进行融合，使最终测绘结果符合人体感知特点，即拍摄图像处于静态模式，通过叠加视觉效应实现数据模型建构，并可根据不同时间的拍摄结果，设置对应矩阵，根据矩阵内计算结果不断累加匹配，匹配算法以用户设置标准为主，为得到最佳计算结果往往需通过多次匹配步骤得以实现。当测绘图像特征与实物基本一致后，便可确定最终测绘结果，即对数据初始化时，首先通过二维影像匹配与对应图形还原度高的模型，建立空间直角坐标系后，根据鲁棒效应建立对应约束与矩阵，在对矩阵内部逐渐分解为预期达到阵列后，得出对应坐标实现预期结果。

在计算相邻图像坐标与数据时，可通过融合初始数据特点方法，搜集相邻点位坐标具有的共同特性，完成层层筛选步骤后得出对应计算模型，并根据对应位置关系计算最终结果，在将对应点集坐标用鲁棒效应提取后，可根据预期生成图像特点，使用三维与二维图像叠加产生的视觉冲击与传达效应求解，生成的新图像不但对二维与三维图像基本特点有所保留，还可通过还原度高的方法让相关计算模型具备仿生特点。考虑到拍摄设备与技术不断优化，设备在拍摄期间即可通过联网方式与后台控制主机取得联系，采样路径与影像特点具有可控制性，在有效还原拍摄结果的同时，利用相关系统内的集合特点，让相关流程自动化水平得以提高，并可通过机器学习方式，进一步提升算法与预期计算方式，实时传输的画面不但易于处理，还因相关操作具有便捷特点而让应用范围得以进一步延伸。

考古遗物绘图方法探究

拍摄符合研究标准的图像是提升绘图与图像处理效率的根本，不但需在硬件设备上得到技术支持，还需在人工处理图像和分析软件上进行技术升级，方可达到预期效果。为进一步提升拍摄质量，可根据实际预算情况，使用支持拍摄高清晰图像的移动拍摄设备，如无人机、运动高清摄影机都可被文物测绘工作者选择。与传统手持拍摄相比，设备在恶劣的天气条件下也可充分适应，不但具有良好防水性与防雷达屏蔽信号特点，设备本身带有的定位系统也将具有实时定位功能，在后台追踪设备运行时，设备的运动路径与镜头朝向都可被操作者轻松控制。另外拍摄时存在的抖动幅度过大问题也在对应设备技术升级时进行优化，系统固件不但支持防抖特性，还可通过调节ISO方法，提升拍摄效率与质量，人工控制噪点能力得到迅速提升，影像获取难度也将有所下降。

在使用移动设备进行文物拍摄时，使用手动模式完成图像曝光，设置合理光圈范围，确保图像景深与色彩还原度，调节光感，并根据图像周围环境调节感光度，对影像环境的固有特点完成手动调节，使用三维影像重建技术，使图像方便在不同角度拍摄。并可根据拍摄需求方便后期处理，减少不必要的返工步骤。另外部分低分辨率图像难免因抖动等原因而导致最终视觉呈现效果不佳现象出现，不但无助于完成对应图像的拼接，还将加大后期返工成本，为此可考虑在拍摄镜头下垫一块遮光板，部分图像偏黯淡的视觉呈现效果可通过后期图像处理软件进行手动调节。在完成飞行拍摄时，对照片拍摄角度的选取需具备合理特点，为有效提升拍摄质量还可考虑在拍摄前对文物质量与方位地理坐标做全方位了解，为有效提升拍摄效率，需在拍摄前对设备预期运行路线与一分钟内拍摄张数做手动调节，不但需具备良好拍摄能力与应变能力，还应根据不同文物特点设置个性化拍摄方案，以满足对应需求。

一秒内连续拍摄多张图像，后续进行拼接也将有助于提升图像拍摄质量，使用三维建模法匹配对应空间直角坐标，后通过机器学习方式与系统内已知图像完成高精匹配，将让身处不同位置的图形具有相似的图像处理方式，考虑到不规则形态的出土文物占比较大，为此在进行对应算法匹配编程时，还需注意对相关变量的合理预估，并找寻最佳观赏角度，即相同物体在不同视角观赏时，可能呈现相对差异较大的视觉呈现效果，另外对背景颜色的选择也将间接决定图像拍摄结果。为进一步实现图像的精准测量，提升拍摄质量，还可考虑根据差异化较大的图像特点，设置对应拍摄方案形式，降低图像返修率，也可根据需要對图像进行全方位、全维度拍摄。因相关定位系统在拍摄设备内部即有安装，在设置为垂直或悬空模式进行拍摄步骤时，还可考虑添加沙箱完成拍摄，对部分单一画面不易装下的物体而言，调节拍摄角度与镜头广角可有效解决不易拍摄的问题。另外，周围环境的不可替代也让相关拍摄难度有所加大，进行全视角拍摄离不开相关绘图软件的配合，进行三维空间匹配算法时，也需充分考虑对应图像与光线的叠加效应，为此在拍摄前还可查阅当地天气预报，并根据摄影知识，选择光线最佳的拍摄时间，也将显著提升拍摄效果。

在对部分不规则文物进行拍摄时，一般使用俯视拍摄形式完成相关测绘工作，在到达对应位置后，定位系统即可精准确定文物位置，后可通过单点旋转设备方式，让拍摄设备在单一点位内完成多次旋转，因图像在矢量叠加处理时具有重复特点，可根据给定的广角与光圈大小确定对应参数，并根据旋转角度知识，对同一点位拍摄20—30张不同图像以满足使用。不但让图像通过多角度旋转拍摄形式得以完整记录，还可将图像颜色还原度有效提升，文物的旋转也可通过相关三维建模软件得以清晰还原，并根据三维重建技术，生成对应图像模型，并在系统中予以记录，实现测绘者的目的。

多视角影像三维技术不但在考古遗物绘图领域有所应用，近年来在地理信息测绘上也有所涉及，伴随相关技术的不断完善与硬件设备的迭代更新，未来将无需过多人工参与，即可拍摄、还原高精度文物图像，满足研究需求。

（作者王芳，学历：大学本科，馆员，单位：许昌市文物考古研究管理所，研究方向：考古发掘、考古勘探）

参考文献

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