石窟文物三維數(shù)字化技術(shù)規(guī)范DB41-T 1338-2016

ICS37-010

A15

DB41

河南省地方標(biāo)準(zhǔn)

DB41/T1338—2016

石窟文物三維數(shù)字化技術(shù)規(guī)范

2016-12-08發(fā)布2017-03-08實(shí)施

河南省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布

DB41/1338—2016

前言

本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：龍門石窟研究院，北京大學(xué)，北京天遠(yuǎn)三維科技有限公司。

主要起草人：侯玉珂、李仁舉、李隨森、査紅彬、黎毅、董偉超。

Ⅰ1

DB41/T1338—2016

石窟文物三維數(shù)字化技術(shù)規(guī)范

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了石窟文物三維數(shù)字化的術(shù)語和定義、技術(shù)方案、三維點(diǎn)云采集、三維點(diǎn)云幾何建模、

三角網(wǎng)格紋理貼圖、三維數(shù)字化成果檢查與交付。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于石窟現(xiàn)存石質(zhì)文物的三維數(shù)字化。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T18894-2002電子文件歸檔與管理規(guī)范

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

三維數(shù)字化

運(yùn)用三維技術(shù)對(duì)物體進(jìn)行三維信息采集、處理及構(gòu)建數(shù)字模型的過程。

3.2

三維點(diǎn)云

三維空間中點(diǎn)的集合，通常由三維掃描儀采集物體表面三維信息而獲得的離散點(diǎn)組成。

3.3

三維采集分辨率

三維掃描儀采集的點(diǎn)云中相鄰點(diǎn)之間的平均距離。

3.4

點(diǎn)云配準(zhǔn)

將多視角拍攝的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)變換到同一坐標(biāo)系下的過程。

3.5

三角網(wǎng)格模型

以按照一定拓?fù)潢P(guān)系連接的三角形面片描述物體三維形貌的幾何數(shù)據(jù)。

3.6

點(diǎn)云三角網(wǎng)格化

基于三維點(diǎn)云生成三角網(wǎng)格模型的過程。

3.7

網(wǎng)格精簡(jiǎn)

對(duì)網(wǎng)格數(shù)量依據(jù)一定的原則進(jìn)行削減，從而達(dá)到降低數(shù)據(jù)量的目的。

3.8

21

DB41/1338—2016

網(wǎng)格平滑

改善由于三維采集噪聲影響而導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)據(jù)不光順的現(xiàn)象。

3.9

三角網(wǎng)格紋理貼圖

按照數(shù)碼相機(jī)相對(duì)于三角網(wǎng)格模型的拍攝位姿，將相機(jī)照片貼附至三角網(wǎng)格模型上，從而生成帶有

紋理信息的三角網(wǎng)格模型。

3.10

紋理融合

消除依附于三角網(wǎng)格模型的多視點(diǎn)紋理照片在銜接處的色差，使紋理過度光順化。

4三維數(shù)字化技術(shù)方案

三維數(shù)字化工作開始前應(yīng)制定技術(shù)方案，主要包括如下幾點(diǎn)要素：

a)三維數(shù)字化任務(wù)的工程目的及技術(shù)指標(biāo)；

b)三維數(shù)字化對(duì)象的關(guān)鍵屬性，包括尺寸、材質(zhì)、周圍環(huán)境等；

c)三維點(diǎn)云采集的方法及儀器；

d)三維點(diǎn)云幾何建模的軟件及處理流程；

e)三角網(wǎng)格紋理貼圖的軟件及操作流程；

f)三維數(shù)字化成果的交付內(nèi)容。

5三維點(diǎn)云采集

5.1三維點(diǎn)云采集方法

5.1.1對(duì)允許測(cè)量誤差小于2mm的待測(cè)對(duì)象，如中小佛像、佛龕、碑文、字刻、浮雕等，應(yīng)采用基于

三角法的面結(jié)構(gòu)光三維掃描儀或者線激光三維掃描儀采集三維點(diǎn)云，掃描儀精度不得低于測(cè)量精度要求

的1/3。

5.1.2對(duì)允許測(cè)量誤差為2mm～10mm的待測(cè)對(duì)象，如完整洞窟內(nèi)壁、洞窟外立面等大型場(chǎng)景，宜采

用基于光飛行時(shí)間的大場(chǎng)景激光三維掃描儀采集三維點(diǎn)云，掃描儀精度不得低于測(cè)量精度要求的1/3。

5.1.3對(duì)允許測(cè)量誤差大于10mm的待測(cè)對(duì)象，宜采用基于圖像的三維重建方法采集三維點(diǎn)云，通過

相機(jī)拍攝系列照片并利用圖像建模軟件快速生成場(chǎng)景的三維模型。

5.1.4三維采集分辨率應(yīng)滿足待測(cè)對(duì)象特征表現(xiàn)要求。

5.2三維點(diǎn)云采集步驟

按照以下步驟進(jìn)行采集：

a)布置三維點(diǎn)云采集的現(xiàn)場(chǎng)條件；

b)校準(zhǔn)儀器，確保其工作性能達(dá)到最佳水平；

c)規(guī)劃掃描視點(diǎn)，采集三維點(diǎn)云；

d)在數(shù)據(jù)采集軟件中對(duì)原始點(diǎn)云進(jìn)行處理；

e)按照后續(xù)軟件的接口要求輸出處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

6三維點(diǎn)云幾何建模

23

DB41/T1338—2016

6.1點(diǎn)云預(yù)處理

對(duì)原始點(diǎn)云應(yīng)進(jìn)行雜點(diǎn)刪除、噪點(diǎn)平滑、點(diǎn)云采樣等預(yù)處理。

6.2點(diǎn)云配準(zhǔn)

多次測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)變換到同一坐標(biāo)系下，用于實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換計(jì)算的對(duì)應(yīng)點(diǎn)應(yīng)不少于4個(gè)，對(duì)多

片點(diǎn)云要進(jìn)行全局優(yōu)化調(diào)整以實(shí)現(xiàn)整體誤差控制。

6.3點(diǎn)云三角網(wǎng)格化

利用三角形面片建立三維點(diǎn)云中點(diǎn)與點(diǎn)之間的拓?fù)溥B接關(guān)系，生成三角網(wǎng)格模型。

6.4三角網(wǎng)格處理

6.4.1三角網(wǎng)格精簡(jiǎn)

在保留物體細(xì)節(jié)特征的前提下，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求和計(jì)算機(jī)處理能力對(duì)三角片數(shù)量進(jìn)行合理控制。

6.4.2三角網(wǎng)格平滑

在保持物體細(xì)節(jié)特征的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行噪聲處理，使整體網(wǎng)格更加光順。

6.4.3三角網(wǎng)格修補(bǔ)

應(yīng)保證修補(bǔ)部位與已有相鄰網(wǎng)格光順連接，而且修補(bǔ)部位盡可能逼近物體的原貌。

6.4.4幾何建模結(jié)果輸出

幾何建模結(jié)果為被測(cè)物體的三角網(wǎng)格模型，輸出格式應(yīng)為通用的三角網(wǎng)格文件格式，如STL，OBJ，

PLY等。

7三角網(wǎng)格紋理貼圖

7.1紋理照片拍攝

按照以下要求拍攝紋理照片：

a)相機(jī)拍攝方向應(yīng)盡量與物體表面垂直；

b)照片應(yīng)覆蓋物體的所有部位；

c)照片分辨率不低于100dpi。

7.2三角網(wǎng)格紋理貼圖

7.2.1建立三角網(wǎng)格模型與二維照片的映射關(guān)系，應(yīng)精確標(biāo)定照片拍攝視點(diǎn)相對(duì)于三角網(wǎng)格模型的位

姿參數(shù)，投影誤差不超過1個(gè)像素。

7.2.2對(duì)多幅紋理圖像的相鄰邊界進(jìn)行紋理融合，實(shí)現(xiàn)紋理顏色光滑過渡，無明顯色差。

7.3紋理貼圖結(jié)果輸出

貼圖完成后導(dǎo)出通用格式的三維紋理模型文件，如OBJ,WRL,3DS等。

8三維數(shù)字化成果檢查與交付

43

DB41/1338—2016

8.1三維數(shù)字化成果檢查

按照如下要素進(jìn)行檢查：

a)特征表現(xiàn)：三維模型包含被測(cè)物體需要表現(xiàn)的特征；

b)模型正確性：三維模型無拓?fù)溴e(cuò)誤及分層現(xiàn)象；

c)模型完整性：三維模型覆蓋物體整個(gè)表面90%以上的部位；

d)貼圖質(zhì)量：二維紋理與三角網(wǎng)格模型實(shí)現(xiàn)精確對(duì)應(yīng)，不存在錯(cuò)位、拉伸、扭曲等現(xiàn)象，整體紋

理圖像的多視點(diǎn)接縫處不存在色彩過渡不光滑的現(xiàn)象。

8.2三維數(shù)字化成果交付

三維數(shù)字化成果的歸檔和管理應(yīng)符合GB/T18894-2002的規(guī)定，交付成果應(yīng)包括如下內(nèi)容：

a)技術(shù)方案書；

b)采集過程記錄表；

c)對(duì)每個(gè)對(duì)象的掃描完成后，應(yīng)提交三維數(shù)據(jù)采集記錄表，見附錄A；

d)數(shù)據(jù)文件：

1)原始測(cè)量文件；

2)幾何建模結(jié)果文件；

3)紋理貼圖結(jié)果文件。

e)總結(jié)報(bào)告。

45

DB41/T1338—2016

AA

附錄A

（規(guī)范性附錄）

三維數(shù)據(jù)采集記錄表

三維數(shù)據(jù)采集記錄表見表A.1。

表A.1三維數(shù)據(jù)采集記錄表

文物名稱文物編號(hào)

掃描信息

掃描人員掃描日期

掃描設(shè)備掃描視點(diǎn)數(shù)

掃描分辨率數(shù)據(jù)量

照相信息

照相人員照相日期

相機(jī)型號(hào)照片數(shù)量

光源參數(shù)相機(jī)參數(shù)

備注：

_________________________________

65

DB41/1338—2016

前言

本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：龍門石窟研究院，北京大學(xué)，北京天遠(yuǎn)三維科技有限公司。

主要起草人：侯玉珂、李仁舉、李隨森、査紅彬、黎毅、董偉超。

Ⅰ1

DB41/T1338—2016

石窟文物三維數(shù)字化技術(shù)規(guī)范

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了石窟文物三維數(shù)字化的術(shù)語和定義、技術(shù)方案、三維點(diǎn)云采集、三維點(diǎn)云幾何建模、

三角網(wǎng)格紋理貼圖、三維數(shù)字化成果檢查與交付。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于石窟現(xiàn)存石質(zhì)文物的三維數(shù)字化。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用