石窟文物三维数字化技术规范DB41-T 1338-2016

ICS37-010

A15

DB41

河南省地方标准

DB41/T1338—2016

石窟文物三维数字化技术规范

2016-12-08发布2017-03-08实施

河南省质量技术监督局发布

DB41/1338—2016

前言

本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本标准起草单位：龙门石窟研究院，北京大学，北京天远三维科技有限公司。

主要起草人：侯玉珂、李仁举、李随森、査红彬、黎毅、董伟超。

Ⅰ1

DB41/T1338—2016

石窟文物三维数字化技术规范

1范围

本标准规定了石窟文物三维数字化的术语和定义、技术方案、三维点云采集、三维点云几何建模、

三角网格纹理贴图、三维数字化成果检查与交付。

本标准适用于石窟现存石质文物的三维数字化。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T18894-2002电子文件归档与管理规范

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

三维数字化

运用三维技术对物体进行三维信息采集、处理及构建数字模型的过程。

3.2

三维点云

三维空间中点的集合，通常由三维扫描仪采集物体表面三维信息而获得的离散点组成。

3.3

三维采集分辨率

三维扫描仪采集的点云中相邻点之间的平均距离。

3.4

点云配准

将多视角拍摄的三维点云数据变换到同一坐标系下的过程。

3.5

三角网格模型

以按照一定拓扑关系连接的三角形面片描述物体三维形貌的几何数据。

3.6

点云三角网格化

基于三维点云生成三角网格模型的过程。

3.7

网格精简

对网格数量依据一定的原则进行削减，从而达到降低数据量的目的。

3.8

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网格平滑

改善由于三维采集噪声影响而导致网格数据不光顺的现象。

3.9

三角网格纹理贴图

按照数码相机相对于三角网格模型的拍摄位姿，将相机照片贴附至三角网格模型上，从而生成带有

纹理信息的三角网格模型。

3.10

纹理融合

消除依附于三角网格模型的多视点纹理照片在衔接处的色差，使纹理过度光顺化。

4三维数字化技术方案

三维数字化工作开始前应制定技术方案，主要包括如下几点要素：

a)三维数字化任务的工程目的及技术指标；

b)三维数字化对象的关键属性，包括尺寸、材质、周围环境等；

c)三维点云采集的方法及仪器；

d)三维点云几何建模的软件及处理流程；

e)三角网格纹理贴图的软件及操作流程；

f)三维数字化成果的交付内容。

5三维点云采集

5.1三维点云采集方法

5.1.1对允许测量误差小于2mm的待测对象，如中小佛像、佛龛、碑文、字刻、浮雕等，应采用基于

三角法的面结构光三维扫描仪或者线激光三维扫描仪采集三维点云，扫描仪精度不得低于测量精度要求

的1/3。

5.1.2对允许测量误差为2mm～10mm的待测对象，如完整洞窟内壁、洞窟外立面等大型场景，宜采

用基于光飞行时间的大场景激光三维扫描仪采集三维点云，扫描仪精度不得低于测量精度要求的1/3。

5.1.3对允许测量误差大于10mm的待测对象，宜采用基于图像的三维重建方法采集三维点云，通过

相机拍摄系列照片并利用图像建模软件快速生成场景的三维模型。

5.1.4三维采集分辨率应满足待测对象特征表现要求。

5.2三维点云采集步骤

按照以下步骤进行采集：

a)布置三维点云采集的现场条件；

b)校准仪器，确保其工作性能达到最佳水平；

c)规划扫描视点，采集三维点云；

d)在数据采集软件中对原始点云进行处理；

e)按照后续软件的接口要求输出处理后的点云数据。

6三维点云几何建模

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6.1点云预处理

对原始点云应进行杂点删除、噪点平滑、点云采样等预处理。

6.2点云配准

多次测量的点云数据应变换到同一坐标系下，用于实现坐标变换计算的对应点应不少于4个，对多

片点云要进行全局优化调整以实现整体误差控制。

6.3点云三角网格化

利用三角形面片建立三维点云中点与点之间的拓扑连接关系，生成三角网格模型。

6.4三角网格处理

6.4.1三角网格精简

在保留物体细节特征的前提下，根据实际应用要求和计算机处理能力对三角片数量进行合理控制。

6.4.2三角网格平滑

在保持物体细节特征的基础上，应适当进行噪声处理，使整体网格更加光顺。

6.4.3三角网格修补

应保证修补部位与已有相邻网格光顺连接，而且修补部位尽可能逼近物体的原貌。

6.4.4几何建模结果输出

几何建模结果为被测物体的三角网格模型，输出格式应为通用的三角网格文件格式，如STL，OBJ，

PLY等。

7三角网格纹理贴图

7.1纹理照片拍摄

按照以下要求拍摄纹理照片：

a)相机拍摄方向应尽量与物体表面垂直；

b)照片应覆盖物体的所有部位；

c)照片分辨率不低于100dpi。

7.2三角网格纹理贴图

7.2.1建立三角网格模型与二维照片的映射关系，应精确标定照片拍摄视点相对于三角网格模型的位

姿参数，投影误差不超过1个像素。

7.2.2对多幅纹理图像的相邻边界进行纹理融合，实现纹理颜色光滑过渡，无明显色差。

7.3纹理贴图结果输出

贴图完成后导出通用格式的三维纹理模型文件，如OBJ,WRL,3DS等。

8三维数字化成果检查与交付

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8.1三维数字化成果检查

按照如下要素进行检查：

a)特征表现：三维模型包含被测物体需要表现的特征；

b)模型正确性：三维模型无拓扑错误及分层现象；

c)模型完整性：三维模型覆盖物体整个表面90%以上的部位；

d)贴图质量：二维纹理与三角网格模型实现精确对应，不存在错位、拉伸、扭曲等现象，整体纹

理图像的多视点接缝处不存在色彩过渡不光滑的现象。

8.2三维数字化成果交付

三维数字化成果的归档和管理应符合GB/T18894-2002的规定，交付成果应包括如下内容：

a)技术方案书；

b)采集过程记录表；

c)对每个对象的扫描完成后，应提交三维数据采集记录表，见附录A；

d)数据文件：

1)原始测量文件；

2)几何建模结果文件；

3)纹理贴图结果文件。

e)总结报告。

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AA

附录A

（规范性附录）

三维数据采集记录表

三维数据采集记录表见表A.1。

表A.1三维数据采集记录表

文物名称文物编号

扫描信息

扫描人员扫描日期

扫描设备扫描视点数

扫描分辨率数据量

照相信息

照相人员照相日期

相机型号照片数量

光源参数相机参数

备注：

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前言

本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

本标准起草单位：龙门石窟研究院，北京大学，北京天远三维科技有限公司。

主要起草人：侯玉珂、李仁举、李随森、査红彬、黎毅、董伟超。

Ⅰ1

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石窟文物三维数字化技术规范

1范围

本标准规定了石窟文物三维数字化的术语和定义、技术方案、三维点云采集、三维点云几何建模、

三角网格纹理贴图、三维数字化成果检查与交付。

本标准适用于石窟现存石质文物的三维数字化。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用