摘要：简要介绍了目前各种文物三维测量方法及相应的建模过程，并对它们的特点及适用场合进行了详细的比较，提出了未来三维建模技术的发展方向。
关键词：文物三维建模；3D建模;方法
1概述
随着计算机图形学、计算机视觉等学科的不断完善，以及数码相机、三维扫描仪、工业CT等设备的普及，计算机记录处理三维物体成为可能。中国是文明古国，前人遗留了无数宝贵文物。由于对保存条件要求苛刻，很多的文物无法被人们观赏和研究。利用三维建模技术可使上面的矛盾迎刃而解。主要对文物三维建模的各种方法进行简要的介绍，比较了它们的特点和应用场合。同时对三维建模的未来进行了展望。
2文物三维数据测量及建模方法
目前采集物体外型数据的方法很多。根据其是否接触被测物体，可分为：接触式测量和非接触式测量。如图1所示。接触式测量会对文物造成破坏，所以只有采用非接触式测量。目前主要采用以下三种方法：
2.1激光三角法
激光三角法基本原理：用激光照射被测物，附近空间的传感器接收漫反射光，根据反射光在物体上成像的偏移，通过被测物基本平面、像点、像距等之间的关系，按三角几何原理测出被测物的空间坐标。如图2所示。若目标平面相对于参考平面的高度为S，则两者在探测器上成像的位移为：e=bssini/ssin(i+k)asink（式中，a，b分别为透镜前、后焦距）。
用激光扫描仪建模过程如下：把数码相机绑定在扫描仪上，分别采集被测物的三维数据和各角度图片。对采集的数据进行规范化、滤波、坐标变换、特征检测增强和提取等预处理，建立三维模型，并进行映射、贴图渲染。在整个流程中使用Adobephotoshop及KODAK校正颜色，用Matlab上的CameraCalibration消除因相机镜头差异导致的照片曲面变形，用Rapidform对点云去噪除冗及三角处理，用MAYA进行模型上纹理照片的绑定。激光三角法的优点是精度高和速度快。其精度在0.01mm左右，采样速度可达每秒数万个点。
2.2结构光法
结构光法的原理是把一定方式的光源投影到被测物体的表面，由于被测物表面的高度限制，光源影线发生变形，利用两个镜头获取不同角度的图像，通过调节变形光源影线，可得到被测表面的整幅图像上像素的三维坐标，其原理如图3所示。
测量时，入射光线P照射到参考平面上的A点，放上被测物后，P照射到被测物上的D点，此时从图示方向观察，A点就移到新的位置C点，距离AC就包含了高度信息Z=h（x，y），即高度受到了表面形状的调制。
以Inspeck3D-DF三维扫描仪为例，说明建模过程。3D-DF使用一个相机同时捕捉各种信息。3D-DF的每一组镜头由结构光发生器和结构光捕捉器组成。扫描物体时，发生器发出一束正弦曲线干涉的结构光光栅在被扫描的物体上。3D-DF随机提供了两个配套软件：FAPS和EM。前者用于操纵扫描仪硬件生成“相函数图象”，并从中提取深度信息，经校正生成精确三维信息供EM使用。EM软件对模型修正、对齐，补洞。结构光法的优点是测量范围大、速度快、受环境影响小、易于操作。缺点是精度较低，而且只能测量表面曲率变化不大的物体。
2.3工业CT法
工业CT对被测物体进行断层截面扫描，以X射线的衰减系数为依据，用数学方法经过电子计算机处理而重建断层截面图像，根据不同位置的断层图像建立物体的三维信息。
使用工业CT建模的过程如下：首先，采集数据。在此过程中需注意被测物体摆放稳定且总高度最低。然后，利用Matlab等软件对断层切片图像进行滤波、图像分割和边缘检测。最后，利用VGStudioMAX软件包根据采集到的voxel数据生成Volume模型。
工业CT是目前最先进的非接触测量方法，它可在不破坏被测物体的情况下，准确的测量物体的内部形状、壁厚，且对被测物体的材料没有限制。但是，CT测量法存在这空间分辨率低、计算量大、造价高等缺点。表1所示为各种测量方法的比较。
2.4基于图片法
基于图片的文物三维建模方法是通过对文物的俯视图、前视图和右视图进行分别的照相，再使用Pro/ENGINEERWildfire等三维造型软件对文物进行三维造型，使数据图片的二维特征生成具有关键设计信息的三维模型。此种方法目前主要应用在电子、机械、工业设计等行业，在文物三维建模方面还刚起步，距离实际应用有一定的距离。
3展望
对文物的三维建模在国外发展的较早，其中有代表性的是美国斯坦福大学利用三维扫描技术实施“数字米开朗基罗”项目。在中国，文物三维建模还处在起步阶段，各项技术并不成熟。但我们应相信，中国会“踩在巨人的肩膀上”迅速的发展。综合以上的各种方法的特点，我认为激光三角法测量成本适中，精度高，速度快，在将来的测量工作中会成为主要的文物三维模型的获取方法。
随着所需处理的数据量越来越大，应在以下的几个方面进行攻关。
a.贴图的过程中，相邻图片的定位应当由相应的软件自动完成。b.由于当今的硬件的发展和普及，今后需处理的图像的精度和数量都将会迅速提高，所以整个建模过程的自动化程度和海量数据的处理都需进一步的提高。
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