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破碎刚体复原问题,是计算机图形学、计算机视觉和模式识别中一个有待解决的问题,在文物保护、工业设计和临床医学等方面有着重要的应用价值。目前,国内外研究较多的是基于轮廓曲线的不带厚度碎片的拼接,对于带厚度碎块的拼接研究的较少,而国内还很少有这方面的研究。因此,我们针对带厚度的碎块,研究了基于断裂面匹配问题中的关键技术,包括断裂面分割、断裂面匹配和整体拼合,并应用在兵马俑等碎块上,主要工作如下：(1)给出了一种基于法矢的断裂面分割算法。根据相邻三角片法矢的夹角,采用区域生长算法,将碎块以棱边为界限分割成多张曲面,然后,根据曲面法矢扰动区分原始面和断裂面。对于具有尖锐棱边的碎块,算法能正确地识别出断裂面。(2)给出了一种基于多尺度曲率的断裂面分割和轮廓曲线提取算法。提出了将基于面和基于边两种分割策略相结合的方法,先根据多尺度曲率采用基于面的方法进行曲面分割,然后对得到的初始边界点扩展后进行边界跟踪,提取出最终的边界点,并优化处理。当碎块边界处过渡缓慢时,算法也能正确地分割。(3)给出了一种基于轮廓曲线的断裂面匹配算法。以断裂面轮廓曲线为特征进行匹配,之后根据断裂面的整体信息,依次通过跨界切矢连续约束和曲面匹配误差排除误匹配。当两断裂面有相似边界时,算法能正确实现碎块的部分和完全匹配。(4)给出了一种基于曲率和三维直方图的断裂面匹配算法。提出以显著特征点为中心将断裂面划分为多个面片,并使用三维直方图比较面片问的相似性,之后使用三角形约束的穷举搜索方法进行断裂面匹配。算法能正确实现碎块间的部分和完全匹配。(5)给出了一种基于积分不变量和特征区域进行断裂面匹配的算法。根据积分不变量将断裂面划分为多个特征区域,然后使用主成分分析法计算相似区域对,并根据距离主方向约束排除伪区域对,最后使用ICP算法判断两断裂面是否匹配,同时将它们对齐校准。算法能正确实现碎块间的部分和完全匹配。(6)给出了一种带回溯的子图融合方法进行碎块整体拼合。先建立碎块间的匹配关系图,将每一碎块看成一个子图,然后将满足条件的子图进行融合,直至所有子图融合为一个整体,如果存在无法融合的子图,则需要进行回溯。