研究背景
中国古陶瓷是人类文化艺术宝库中的璀灿明珠，但经年累月，风吹日晒，腾挪往复，能完好保存至今者甚少，很多易碎文物，尤其是陶瓷质文物都是以碎片的形式被挖掘出来的，对大量的文物碎品进行重组和拼接对其历史年代推断，再现古代社会发展文明进程等具有重要的意义。因此需要对那些受到不同程度损坏的古瓷进行修复，以再现人类社会发展进程中的实物文明。
传统的陶瓷质文物碎片修复方法主要靠手工完成，可分为以下四个阶段：1）碎片清理 2）拼接黏合 3）缺片制作黏接 4）釉色处理修复。然此类方法存在耗时长、精确度差，自动化程度低等缺点且易于损坏文物本身。如今计算机技术快速发展，尤其是计算机图形学、图像处理、计算几何、模式识别技术以及硬件设备的普及，使计算机辅助完成文物修复成为可能。
目前，国内外许多大学和研究所都针对文物修复工作展开了研究，我们通常经过以下三个步骤利用计算机技术辅助文物碎片修复：
(1)分类：从大量的碎片中根据几何特征和颜色纹理等信息把来自同一文物的碎片归为一类；
(2)拼接：在分类的基础上，对碎片进行局部匹配和全局匹配；
(3)修补：补全丢失的几何和纹理信息。
其中山东大学论文《文物碎片分类检索的研究与实现》已经对碎片分类检索有了较为详细的结论成果，在此不做探讨。本项目以及下列其他课题研究现状主要为拼接方面。 关于陶瓷质文物碎片的拼接，目前的研究主要从几何修复方面展开。
麻省理工计算机系研究利用结构光的精密测量系统，对壁画泥块碎片进行三维建模、数字拼接与虚拟修复。斯坦福和布朗大学也曾经对类似的问题进行过研究，并有不错的成果。维也纳理工大学利用提取碎片轮廓线的颜色特征和形状特征进行分类拼接；土耳其的安卡拉中东理工大学提出了基于曲率和挠率的三维曲线匹配的方法，也可适用于有裂缝的碎片；雅典大学提出基于边界线和曲面匹配算法快速拼接碎片的方法。Brown大学Shape实验室针对旋转体物体的拼接进行了研究。该方法着重研究如何基于每片碎片的局部信息获取文物的整体特征，如对称轴，旋转体的外形轮廓曲线等，并利用贝叶斯模型确定碎片的位置，完成对物体整体模型的估计。
针对我国古代墓穴考古中大量陶瓷器碎片因无法拼接而遗弃的问题，清华大学、北京师范大学、武汉大学等机构开展过利用三维激光扫描和计算机技术进行陶瓷器碎片自动拼接的研究，辅助考古学家进行碎片拼接与修复，此技术同时也可以用于甲骨文碎片的拼接。
国内西北大学利用形状匹配技术已完成了计算机辅助文物复原样机系统，实现了对破碎文物的自动匹配、三维复原，但仍需自动拼接与手工调整相结合的方法。该方法利用两条轮廓线的哈希矢量束分析曲线段的相似性，解决空间曲线匹配达到陶瓷质文物碎片复原的方法，并利用文物拼接知识库提高碎片拼接的智能性。北京大学、中国文化遗产研究院等多个研究机构也利用激光扫描和立体视觉技术在敦煌、龙门、云冈、大足、故宫、颐和园、兵马俑等多个文物单位进行三维几何重建方面的工作。
研究意义
传统的文物保护和修复的工作中采用的文物测绘方法是手工测绘和摄影结合的综合手段，这种方法不仅要花费大量的人力物力，而且还很容易被许多外界条件所干扰，对文物保护和修复的准确性造成巨大困扰。到目前为止，由于基础研究的深度不够，陶瓷质文物碎片修复研究还处于简单的手工拼接或半自动化修复层次上，缺少完整的理论体系，无法满足文化遗产保护日益迫切的需要。
本研究项目继承了中东理工大学提出的基于曲率和挠率的三维曲线匹配的方法以及武汉大学提出的通过建立三维笛卡尔坐标系及ICP方法进行轮廓互补碎片的重组与拼接。本项目研究目标是利用计算机技术辅助完成陶瓷制文物碎片的修复工作，完成一套基于三维激光扫描技术的陶瓷质文物碎片修复算法及相关软件，实现陶瓷质文物碎片的修复。
研究内容
1）陶瓷质文物碎片点云数据获取方法研究
2）陶瓷质文物碎片轮廓线点云的精细化提取技术研究
3）陶瓷质文物碎片轮廓线点云的初始化拼接技术研究
4）基于能量优化的全局一致性陶瓷质文物碎片精细化拼接技术研究
5）基于三维激光扫描技术的陶瓷质文物碎片修复系统软件开发
扫描文物点云
现场操作过程
