苏惠明 西安外事学院

形状匹配是计算机视觉领域的核心问题之一，是一个融合了图像处理、模式识别、人工智能等不同领域的经典方法，在目标识别、图像检索、医学图像分析、人脸检测等领域得到了广泛应用。尽管已经被研究了几十年，但近年来随着人工智能和计算机视觉等技术的突破性发展，国际上对形状匹配方法的研究仍十分活跃，每年在国际顶级期刊和会议上都有不少关于形状匹配的文章发表。同时，丝绸之路经济带的建设成为目前我国关注的重点问题之一，而文化遗产数字化是丝绸之路经济带建设中文化遗产保护领域的研究热点。因此，形状匹配既是计算机视觉的核心问题之一，也是文化遗产数字化过程中文物虚拟、复原和建模的重要问题。

1.形状匹配方法综述

形状匹配是按照一定的准则来衡量形状间的相似程度。两个形状间的匹配结果一般用一个数值来表示，称为形状相似度[1]。形状匹配方法主要分为计算各种变换下的不变量差值和寻找目标形状和模型间的局部对应关系并使匹配误差最小两大类[2]。一般来讲，形状匹配需要经过对二值形状的表示、对形状特征的匹配和对相似度判断的度量学习三个阶段。在形状表示方法中，有经典的诸如基于轮廓边界点集的表示方法、基于轮廓区域的表示方法、基于多尺度理论的表示方法、基于骨架的形状表示方法等；对形状特征的匹配更多转化为对轮廓点集顺序关系的研究，并取得了一些进展；度量学习更多应用于形状检索，但同时也可以对不同方法的匹配性能做出比较。近年来，一些研究更多扩展到诸如三维形状的二维表示、形状识别和分类、局部和复杂场景下的形状匹配等领域。

2.文化遗产数字化技术综述

我国是文化遗产大国，但是随着历史变迁和种种因素，文化遗产保护面临着严峻挑战。现代化的数字保护关键技术可以对文化遗产进行针对性的修复和保护[3]。数字化技术用于文化遗产数字化方面主要包括数字化保护技术，包括用于对文物进行建模和遗址遗存的场景建模的三维建模技术、对文物虚拟拼接和修复的匹配技术、对三维模型的管理技术和数字化手段的展示技术等。利用三维激光扫描仪建模具有速度快、精度高等特点，包括以序列图为基础的建模和已深度图像为基础的建模等方法；文物虚拟修复技术主要利用邻接碎片的线、面等几何特征进行初匹配和精准匹配等过程，实现对文物的虚拟修复并对文物的实际修复工作进行帮助和指导；而随着三维模型技术的发展，针对点云数据的点云获取、点云处理、点云表示和点云重构等方法层出不穷，成为点云驱动的计算机图形学在文物数字化方面的重要技术。同时，三维模型的管理、分类和检索等技术也得以取得了巨大进步；而虚拟现实和增强现实等技术的快速发展和应用[4]，使得文化遗产在数字化展示方面得到更多、更好和更真实的展示，在更好的传承和弘扬悠久历史的同时，也促进了文化遗产数字化技术的进一步发展。

3.形状匹配方法用于文化遗产数字化

将形状匹配方法用于文化遗产数字化具有巨大的优势和重要的意义。在建模阶段，通过结构三维扫描仪，可以对文物和遗址遗存进行三维几何信息和纹理信息的采集，并进一步利用模型简化、去噪和图像融合等技术实现对象的三维建模。在文物虚拟修复阶段，如果文物碎片之间存在公共特征曲面或者曲线，及可以利用特征线提取、轮廓提取或骨架提取等技术实现碎片的匹配和修复；如果文物碎片间不存在邻接关系，则可以通过模板匹配等方法进行虚拟修复。在展示阶段，由于虚拟现实技术具有的网络化、交互性和高效率等特点，可以通过视觉、听觉、触觉等手段实现人与机器的实时互动，从而产生身临其境的感觉，更好的展示其文化内涵。

[1]周瑜,刘俊涛,白翔.形状匹配方法研究与展望[J].自动化学报,2012, 38(6)：889-910.

[2]Ding X F, Wu H, Zhang H J, et al. Review on shape matching.[J].自动化学报, 2001, 27(5)：678-694

[3]黄永林, 谈国新. 中国非物质文化遗产数字化保护与开发研究[J].华中师范大学学报(人文社会科学版), 2012, 51(2)：49-55

[4]秦境泽.文化遗产数字化保护问题研究[D]. 兰州大学, 2012