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基于图像的古建筑物虚拟复原关键技术研究的开题报告
一、选题背景及意义
中华文化源远流长，古建筑作为中国文化遗产的重要组成部分，呈现出极高的艺术价值和历史价值。然而，由于岁月的侵蚀及人类破坏等原因，许多古建筑已经无法保壳，仅存于历史文献与图像中。为了保护和传承中华文化，推广优秀传统文化，保留并再现古代建筑的历史风貌，目前国内外许多研究人员开始探索基于计算机视觉技术的图像的古建筑物虚拟复原技术。
古建筑物虚拟复原技术是一种运用计算机技术代替传统手工模拟建筑复原历史事件的方法。通过对图像进行处理和分析，将其转化为三维或二维的数字模型，并通过渲染技术对其进行逼真的视觉再现，以达到对古建筑进行保护和传承的目的。该技术不仅能够很大程度上还原建筑本身的风貌，而且也能够揭示其背后的历史文化背景与人文精神，成为推广、传承和研究中华文化重要的手段之一。
二、研究内容和目标
本研究旨在基于图像的古建筑物虚拟复原，通过对图像进行处理和分析，实现建筑的三维或二维的数字模型，并运用渲染技术还原建筑的历史风貌。具体研究内容包括：
1、图像预处理技术，包括图像去噪、图像校正、图像配准等；
2、三维数字模型构建技术，包括点云重建、三维模型重建等；
3、纹理映射和光照模拟技术，包括光线追踪、环境光遮蔽等；
4、历史建筑文化背景还原技术，包括建筑背后的历史文化背景研究、并将其应用到古建筑模型构建中。
通过研究图像的古建筑物虚拟复原技术，可以实现对古代建筑的保护和传承，还原历史风貌，揭示建筑背后的文化精神等方面，对中国特色文化的保护和发展具有重要的实际应用价值。
三、研究方法
本研究的方法主要包括：
1、建筑图像处理：设计图像处理算法，对图像进行去噪、校正、配准等处理，保证图像质量；
2、三维数字模型构建：利用基于结构光或立体视觉的三维扫描技术进行点云数据获取，通过点云数据重建高精度三维模型，并对模型进行优化；
3、纹理映射和光照模拟：将高清摄影图像映射到模型表面上，模拟光线在模型表面上的反射和吸收，以及阴影的产生，实现虚拟场景的真实感；
4、历史建筑文化背景还原：研究古建筑的文化背景，将文化背景应用到古建筑物的虚拟复原中，实现对古建筑物的文化重构。
四、预期创新点
本研究预计在以下几个方面具有创新点：
1、提高虚拟复原的精度和逼真度，使得虚拟建筑能够更好地再现古代建筑物的历史风貌；
2、通过研究历史建筑文化背景，将文化背景应用到古建筑物的虚拟复原中，实现对古建筑物的文化重构；
3、研究古建筑图像预处理技术，有效提高了图像的质量；
4、对于像无法进行三维重建的古建筑物，本研究将对其进行二维的数字模型构建，可以大大扩展古建筑物的复原范围。
五、进度安排
本研究的进度安排如下：
1、文献调研和前期准备：2021年6月至2021年7月；
2、图像预处理技术的研究和实现：2021年7月至2021年8月；
3、三维数字模型构建技术的研究和实现：2021年8月至2021年9月；
4、纹理映射和光照模拟的技术研究和实现：2021年9月至2021年10月；
5、历史建筑文化背景还原技术的研究和实现：2021年10月至2022年1月；
6、论文撰写和提交：2022年1月至2022年3月。
六、参考文献
1、李静，张博.基于计算机视觉的古建筑虚拟仿真重建研究进展[J].计算机工程与设计，2019，41（3）：1092-1097
2、王小军，江秀平.基于数字建筑学的文化遗产仿真重建研究进展[J].计算机工程，2019，45（3）：243-251
3、巩大海，陆明亮.基于结构光三维扫描的文物数字化重建研究[J].数字技术与应用，2019，9（9）：258-263
4、孙宫尚.基于计算机视觉的文化遗产虚拟现实技术研究[J].视觉计算学报，2019，10（3）：279-285