近日，郑州大学地球科学与技术学院李健教授为第一作者，崔昊副教授为通讯作者，硕士研究生彭晨阳、考古与文化遗产学院韩国河教授、朱津副教授和河南省文物考古研究院顾万发院长为共同作者，在文物保护领域权威期刊《npj Heritage Science》发表了一项题为A point cloud simplification method using clustering and saliency for cultural heritage reconstruction的研究论文。该研究针对石刻、雕像等文化遗产高密度三维点云在存储、处理和精准重建中面临的挑战，提出了一种融合聚类分析与显著性评估的点云自适应简化算法，能够在大幅降低数据量的同时，有效保留文物表面考古研究所需的关键几何特征。

图1. 兵马俑点云精简结果对比.：(a)本文方法, (b)Poisson Disk Sampling, (c)Monte Carlo Sampling, (d) Curvature Sampling, (e) Voxel Sampling

高精度三维扫描技术虽可获取文化遗产的高密度点云数据，但海量数据不仅带来存储与计算负担，还可能掩盖重要的历史细节。传统简化方法存在特征保留不足或生成网格孔洞等问题，难以满足文化遗产高保真数字化需求。

该研究的核心创新在于结合欧氏聚类与法向量约束，将点云分割为多个聚类单元，并联合粗糙度与曲率计算每个点的显著性值，以此区分特征区域与非特征区域。在此基础上，算法对主要特征区、次要特征区及非特征区进行分层体素采样，从而在高效简化数据的同时，避免孔洞产生，显著保持几何真实性。该方法已成功应用于北宋皇陵石刻、兵马俑等多个实际文物点云数据，并已在斯坦福公开数据集上验证其有效性。该研究为文物三维重建提供了一种鲁棒且高效的点云预处理方案，不仅适用于石刻造像，还可扩展至青铜器、古建筑等多种文化遗产的数字化保护与研究工作，对考古分析、文物修复与虚拟展示具有重要支持作用。

《npj Heritage Science》是文化遗产领域的权威期刊，目前为中科院一区SCI期刊，AHCI（Art & Humanities Citation Index）期刊。自2025年1月1日起，进入NPJ (Nature Partner Journals)期刊系列，为Nature旗下的子刊。该期刊专注于文化遗产科学领域的高质量研究，主要范围涵盖文化遗产的物理化学和生物降解过程、艺术品分析技术等多个方向，有助于推动文化遗产科学的学术进步。

该研究由国家自然科学基金（42241759、42001405）、河南省重点研发与推广专项（232102240017）、河南省自然科学基金（242300420212）及中国博士后科学基金（2024M752938），郑州大学考古学学科提升计划2024联合资助。

原文连接：https://www.nature.com/articles/s40494-025-02016-y