秦始皇陵兵马俑是中国古代陶质文物的杰出代表,具有极高的研究价值,但由于各类自然或人为因素的影响,文物在发掘出土时多数已遭到了不同程度的损坏。利用计算机辅助文物虚拟复原能够有效减少文物复原周期,避免文物的二次破坏,可解决过去手工复原的诸多缺点,相关研究已成为计算机图形学的研究热点。现有的文物碎片匹配方法普遍存在特征单一、效率低等问题,对于断裂面细节特征大量缺失,断裂部位受损严重的文物碎片,在实践中的匹配效果并不理想。本文以此类兵马俑文物碎片为研究对象,从精度和效率两方面提升匹配效果,研究内容如下:(1)提出一种基于多特征约束的断裂面匹配方法,结合碎片断裂面厚度特征、表面几何纹理特征以及断裂轮廓曲线特征构建多层约束,完成碎片匹配过程。首先提取文物碎片断裂面的厚度特征,之后依据厚度直方图进行相似性度量,完成碎片的初始匹配。然后依据断裂轮廓线上特征点间的欧式距离和夹角是否相似定义断裂轮廓匹配约束条件;依据碎片表面几何纹理特征线是否可连接定义几何纹理邻接约束条件,之后构建对应匹配算法完成碎片匹配,最后计算碎片刚体变换参数并基于ICP算法精确对齐。实验结果表明,该方法可以有效解决单一特征匹配精度不高的问题,提高碎片匹配效果的精确性。(2)提出一种基于轮廓曲线的断裂面匹配方法,结合角点信息构建特征向量,采用两级匹配策略进行碎片匹配。首先,进行断裂面分割和轮廓线的提取,再结合轮廓线的角点信息构建角点处的多特征向量,并构建匹配度函数和匹配算法完成碎片的粗匹配。然后在相邻角点的曲线段上提取若干采样点,计算采样点到弦长的欧式距离并以此构建弧弦距序列,采用最长公共子序列算法完成细匹配。最后,依据匹配的曲线段,采用四元数法求取变换矩阵,基于ICP算法精准对齐。实验结果表明,该方法在碎片正确匹配的基础上可以有效提高匹配的效率。(3)实现了兵马俑碎片虚拟复原系统。验证本文匹配方法的有效性并将其应用到兵马俑碎片的复原过程中,为实体碎片的拼合提供指导。