目前,网络上有许多公开的碎块数据模型,如斯坦福大学提供的灰泥和石头碎块模型,这些公共碎块数据模型的数据分布较为均匀,噪声较小,表面较为光滑,不同碎块的数据量差异不大,基本不存在孔洞和外点。而本书采用的兵马俑碎块的三维数据模型均为Handyscan3D激光扫描仪实地采集的初始数据模型,在碎块数据模型获取的过程中,容易受到噪声、温度、湿度、光照以及遮挡等多种因素的干扰,从而使得部分数据受损。因此,兵马俑碎块数据模型不同于公共碎块数据模型,它具有如下特点:
发掘出土的兵马俑大多呈破碎状态,如成堆瓦砾,碎块大小不一,形状各异,很多碎块的表面纹理特征不明显或者部分缺失,而且部分碎块的断裂面还存在一定程度的缺损,因此,匹配拼接难度较大。
由于碎块数据模型由三维激光扫描设备获取,均为高精度的点云模型或三角网格模型,因此,其数据规模较大。在对兵马俑碎块模型进行匹配拼接时,只需要提取出必要的特征即可实现邻接碎块的搜索和对齐,因此,对碎块模型进行适当简化,可以有效提高碎块匹配的效率。
通常,通过扫描获取的兵马俑碎块三维数据模型均含有大量的噪声,一部分噪声是由物理测量误差导致的,称为客观噪声;另外一部分噪声是由现场无关物的干扰引起的,称为主观噪声。主观噪声主要是由于兵马俑碎块表面携带较多的泥土杂质所引起的,而且为了得到更加完整的碎块数据模型,扫描者往往会扩大扫描范围,就会使得被测物体之外的无关数据误入扫描范围内,因此进一步加大了主观噪声。
兵马俑碎块本身形状各异,较为复杂,而且部分凹凸面不够规则,甚至存在空腔,因此,碎块表面的很多地方无法全部扫描到;同时,碎块表面的某些区域可能对激光的反应较差,容易被扫描仪识别成“盲区”,从而产生形状各异、大小不一的孔洞。对于兵马俑碎块的三角网格数据模型,若不存在孔洞,它应该是一个封闭的曲面,即每一条边是两个三角面片的公共边。若存在孔洞,就会出现至少一条边只能作为一个三角面片的边的情况。
由于一次扫描很难获取整个兵马俑碎块的完整信息,因此,需要对同一碎块进行不同角度的多次扫描,并对多次扫描得到的三维数据模型进行多视角配准,从而获得整个碎块的完整数据模型。对于较小的碎块,通常对其进行正反两次扫描即可;而对于较大的碎块,则需要进行不同角度的多次扫描,才能获取其完整的数据信息。