文物在存留过程中都易发生破碎和缺损,文物碎片数量巨大,形状各异,导致人工复原周期长且难度大。因此借助计算机技术实现文物碎片的虚拟拼接成为计算机图形学的研究热点。由于已有文物碎片匹配方法对几何特征的完整性要求较高,存在特征单一、精度低等问题,匹配效果不佳。针对该问题,本文将断裂面特征、厚度信息、轮廓线等多种特征应用于文物碎片的匹配拼接,通过度量断裂部位受损程度采取不同的匹配方法,提升匹配效果。本文主要研究工作包括:(1)对于断裂面较完整的文物碎片,针对传统单一特征的碎片匹配方法精度较低的问题,提出一种基于自适应邻域的文物碎片匹配方法。首先,提取断裂面的显著特征点,依据特征点的相似性完成文物碎片的初始匹配;然后,引入自适应邻域信息作为上层约束,构建融合邻域凹凸性、曲率、曲面方向等多种几何特征的协方差矩阵特征描述符;最后,判断初始匹配点自适应邻域的相似性,剔除其中的伪匹配点对,并定义空间一致性检验得到最优匹配点集。实验结果表明,该方法对于断裂面缺损较小的文物碎片,可以取得比较满意的匹配结果。(2)对于断裂面受损严重的文物碎片,针对传统依据断裂面几何特征进行匹配的方法误差较大的问题,提出一种基于厚度与轮廓特征的文物碎片匹配方法。该方法结合碎片厚度特征和断裂轮廓的曲率和挠率,多层约束碎片匹配关系。首先,计算碎片的厚度特征并构成厚度直方图,依据直方图的相似性完成碎片的初始匹配;然后,将轮廓曲线分段,构建子轮廓曲线的几何特征串;最后,引入改进的Hausdorff距离判断初始匹配的碎片模型是否存在相互匹配的子轮廓曲线,完成最终匹配。实验结果表明,该方法对于断裂面受损较大的文物碎片,相较于传统断裂面匹配的方法具有一定的优势。(3)设计并实现了文物碎片虚拟复原系统。该系统具有模型导入、预处理、碎片的虚拟匹配拼接和导出功能,验证了本文两种碎片匹配方法的有效性,且应用于兵马俑虚拟复原过程,为兵马俑碎片的实体拼合提供辅助手段。