面向薄型片状文化遗产的几何约束双向点云配准

《Journal on Computing and Cultural Heritage》：Geometry-Constrained Bidirectional Point Cloud Registration for Thin, Sheet-Like Heritage Artifacts

　　

摘要

对薄片状遗产文物的非接触式三维重建带来了严峻的几何与配准挑战。由于这些文物十分脆弱，无法进行悬挂或粘贴人工标记，必须独立采集其正反两面。由于共享几何特征有限且缺乏显式物理约束，后续配准非常困难，在迭代优化过程中可能导致旋转歧义、不稳定性以及结构坍塌。为应对这些挑战，我们提出了一种专门针对薄片状遗产文物的几何约束双向点云配准方法。该方法融合了语义引导的预处理、基于主成分分析（PCA）的几何归一化，以及厚度感知的配准策略。估计的物理厚度作为几何约束被引入，以在配准过程中保持结构完整性。旋转歧义通过对一组有限的整体旋转假设进行评估来解决，每个假设使用点到面的迭代最近点（ICP）算法进行细化，并通过与厚度尺度一致且具有几何感知能力的拟合度标准选择最优变换。实验结果表明，所提方法在大多数情况下达到了有竞争力甚至更优的性能，特别是在投影面积一致性和物理上合理的前后面对齐方面表现突出。此外，厚度感知约束和旋转假设评估降低了两种表面被错误翻转却仍产生看似可接受的数值得分这一退化配置的风险，从而支持了对精细薄型遗产文物的可靠非接触数字化。实现细节见 https://zyz-nwpu.github.io/GCBPCR/。

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