Ανάπτυξη αλγοριθμικής διαδικασίας για τον εντοπισμό συζυγών θραυσμάτων

Abstract

Η ραγδαία ανάπτυξη της επιστήμης της όρασης υπολογιστών έχει συντελέσει στη διεύρυνση των τεχνικών και των μεθόδων που αξιοποιεί η αρχαιολογία στην ψηφιοποίηση και την ανακατασκευή αρχαίων αντικειμένων με την ταύτιση θραυσμάτων. Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία προτείνει μια καινούργια μέθοδο για τον εντοπισμό συζυγών θραυσμάτων, που βασίζεται κυρίως στη γεωμετρία αυτών. Αφού καταγράφονται οι σύγχρονες τεχνικές καταγραφής της τρισδιάστατης πληροφορίας στο χώρο, στη συνέχεια πραγματοποιείται ανάλυση του αλγορίθμου ICP, που αποτελεί μέρος του συνολικού προγράμματος που προτείνεται. Ακολούθως ανασκοπείται η σχετική βιβλιογραφία, που πραγματεύεται αντίστοιχες εφαρμογές και την εξέλιξη αυτών μέχρι σήμερα. Στη συνέχεια της εργασίας, παρατίθεται η υλοποίηση του αλγορίθμου Fragmatch, και αναλύονται εκτενώς τα δύο μέρη από τα οποία αποτελείται, η καθολική αντιστοίχιση και η μερική αντιστοίχιση επιφανειών. Η μέθοδος που προτείνεται βασίζεται στην σύγκριση διανυσμάτων και εμβαδών και στόχος της είναι οι συγκρίσεις που πραγματοποιούνται να είναι γραμμικής μορφής, ώστε να είναι απλές και ταχείες. Πραγματοποιούνται μια σειρά από προσομοιώσεις για να εξακριβωθούν τα όρια του αλγορίθμου στο θόρυβο και στην ακρίβεια σάρωσης, στο πλήθος των σημείων σάρωσης, στη φθορά των επιφανειών, καθώς και στη διαφορετικότητα των σχημάτων. Ερμηνεύονται τα προβλήματα που παρουσιάστηκαν κατά την υλοποίηση αυτών των παραδειγμάτων και προτείνονται τρόποι αντιμετώπισης τους. Τέλος καταγράφονται τα κυριότερα σημεία της εργασίας, αναλύονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του αλγορίθμου Fragmatch, και γίνονται προτάσεις για μελλοντική εργασία.

The rapid development of the Science Computer Vision has contributed to the widening of the techniques and methods utilized by archeologists for the digitization and reconstruction of ancient objects by matching fragments. This diploma thesis proposes a new method for the detection of conjugated fragments, based mainly on their geometry. Initially the modern techniques of recording three-dimensional information are presented followed by an analysis of the ICP algorithm, which is part of the overall proposed software. Furthermore, a literature survey is done, dealing with relevant applications and their evolution up until now. Subsequently the implementation of the Fragmatch algorithm is presented, with an extensive analysis of both of its parts; the global and the partial matching of surfaces. The method proposed is based on the comparison of vectors and surfaces, performed linearly, so as to be simple and fast. A series of simulations are performed in order to test the limits of the algorithm for the noise and the accuracy of scanning, for the plurality of scan points, as well as for the wear of the surfaces and the diversity of shapes. Problems that have been encountered during the implementation of these examples are interpreted and ways of dealing with them are being proposed. Finally, the key points of this work are being mentioned, followed by an analysis of the advantages and disadvantages of the Fragmatch algorithms along with future work proposals.