三维模型中对称性、旋转性、平移性、重复性等结构特性的自动检测是形状分析和模式识别领域的一个基本问题,在计算机图形学中有着广泛的应用。作为典型的人造物体,文物蕴含着人类文明的基因和图谱,几何形态复杂、结构基元多样。在历经岁月侵蚀和人为破坏后,很多文物不再具备完整性。因此,对残损文物三维模型的内蕴结构进行自动识别和提取,并应用于珍贵破损文物的虚拟重建,具有重要的理论和应用价值。本文以几何形态复杂多样的破损文物碎片为研究对象,分析三维模型几何内蕴结构和纹理内蕴结构的特征识别问题,提出基于三维模型内蕴结构的破损文物虚拟重建方法,主要研究工作包括:1.针对三维点云模型内蕴几何特征的自动识别问题,提出一种规则三维点云的主曲率变化特征提取方法。通过分析离散曲面主曲率的变化规律,给出规则三维点云的相似度指标,构建了点云模型内蕴结构的提取框架,该方法有效提取了文物三维点云模型结构基元的特征。2.针对多视点云序列迭代的精确配准问题,提出一种三维点云精确配准方法。利用点云模型内蕴结构的几何特征和马氏距离搜索最近点,引入反向投影加速,插值法修正,避开了视点采样分辨率不同对配准结果的影响,抑制了多视点云配准过程中的累积误差。3.针对表面富含噪声的文物线图有效提取问题,提出一种基于视觉曲率估算的三维模型特征轮廓线提取方法。通过高度函数极值点个数估算多尺度约束下的顶点视觉曲率分布,准确提取三维模型内蕴结构的特征区域,避免了脊线法绘制文物线图出现的尖锐现象,提高了文物线图的绘制质量。4.针对破损文物大量碎片的正确匹配问题,提出一种文物碎片的自动分类方法。基于碎片内蕴结构的多维特征向量和多尺度积分不变量作为裂缝曲面的特征表示方法,通过一致性约束方法得到初始匹配点对,利用滤波算法去除伪匹配点,采用哈希算法寻找最优匹配方案,提升了文物碎片匹配效率。