一种从牙颌三维模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法
【专利摘要】本发明公开了一种从牙颌三维模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法，包括：读入并可视化显示牙颌三维网格模型；检测所述牙颌三维网格模型中牙颌上牙齿的解剖学特征点及咬合平面；指定牙颌三维网格模型调和场的约束点；根据约束条件计算调和场，获取牙冠分割边界线；依照获取的牙冠分割边界线进行网格切割，得到牙冠模型。使用本发明公开的方法，可以准确得到牙齿分割边界，且使用简单：对于欲分离的单颗牙齿,一般只需用户在牙颌模型的可视化视图上交互式的确定2个边界点，就能准确得到该牙齿的牙冠网格模型。本发明对于牙齿正畸，牙颌虚拟手术模拟等有着重要的意义。
【专利说明】一种从牙颌三维模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种从牙颌三维模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法。
【背景技术】
[0002] 随着3D采集技术的发展，牙颌三维模型目前被广泛应用于牙科相关领域，如口腔 医学、法医学、人类学及考古学等。对于牙颌模型进行分割、归类等处理是治疗计划制定、虚 拟手术等牙科虚拟现实应用中不可或缺的部分。
[0003] 目前针对牙冠的网格自动分割方法很难得到准确的模型，鲁棒性不强。交互式分 割方法虽然可以利用人的先验知识，充分体现用户的操作意图，但目前的方法一般都需要 用户沿着预想的牙冠分割线指定若干个边界点，这种繁琐、耗时的工序显然不符合智能化 的标识。以往的方法要么需要大量手工交互来确定边界，耗时费力，要么得不到准确的牙冠 分割结果、鲁棒性差。因此，要准确且智能化的从包含复杂牙冠边缘信息的牙颌网格模型中 准确分离出所有的牙冠模型是一件具有挑战性的课题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种从牙颌三维 模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种从牙颌三维模型分割单 颗牙冠的计算机交互式方法，包括以下步骤：
[0006] 1)读入并可视化显示牙颌三维网格模型；
[0007] 2)检测所述牙颌三维网格模型中牙颌上牙齿的解剖学特征点及咬合平面；
[0008] 3)指定牙颌三维网格模型调和场的约束点；
[0009] 4)根据约束点计算调和场，获取牙冠分割边界线；
[0010] 5)依照获取的牙冠分割边界线进行网格切割，得到牙冠模型。
[0011] 所述步骤2)中，利用所述牙颌三维网格模型上顶点的曲率信息及分水岭方法获 取牙颌上牙齿的解剖学特征点，利用所述解剖学特征点确定咬合平面。
[0012] 所述步骤3)中，为目标牙冠分别指定1个位于近中牙缝处和1个位于远中牙缝处 的约束点。
[0013] 所述步骤4)中，调和场的计算过程为：设牙颌三维网格模型中有m个节点，n个 约束点，求解AO=b，得到的解即为牙颌三维网格模型各个顶点对应的调和场值；其中，
【权利要求】
1. 一种从牙颌三维模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 读入并可视化显示牙颌三维网格模型； 2) 检测所述牙颌三维网格模型中牙颌上牙齿的解剖学特征点及咬合平面； 3) 指定牙颌三维网格模型调和场的约束点； 4) 根据约束点计算调和场，获取牙冠分割边界线； 5) 依照获取的牙冠分割边界线进行网格切割，得到牙冠模型。
2. 根据权利要求1所述的从牙颌三维模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法，其特征 在于，所述步骤2)中，利用所述牙颌三维网格模型上顶点的曲率信息及分水岭方法获取牙 颌上牙齿的解剖学特征点，利用所述解剖学特征点确定咬合平面。
3. 根据权利要求2所述的从牙颌三维模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法，其特征 在于，所述步骤3)中，为目标牙冠分别指定1个位于近中牙缝处和1个位于远中牙缝处的 约束点。
4. 根据权利要求3所述的从牙颌三维模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法，其特 征在于，所述步骤4)中，调和场的计算过程为：设牙颌三维网格模型中有m个节点，η个 约束点，求解ΑΦ = b，得到的解即为牙颌三维网格模型各个顶点对应的调和场值；其中，
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Lij是mXm阶的拉普拉斯矩阵， （i, j) e E，0彡i, j彡m-1， i P E为牙颌三维网格模型中边的集合；
如果Vi或\处为凹点，Vi为牙 颌三维网格模型i点处的坐标值，F代表牙颌三维网格模型平均边长，〇为常量；
C中的元素= 1,其余为0,0彡p彡m-1,p为第r个约束点 在牙颌三维网格模型中的序号，
中各元素的取值e {0,0.5, 1}。
5. 根据权利要求4所述的从牙颌三维模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法，其特征 在于，所述步骤4)中，获取牙冠分割边界线的过程为：从所述调和场中抽取若干条等值线 作为候选边界线集合，选取评分最高的一条候选边界环作为牙冠牙冠分割边界线。
6. 根据权利要求4或5所述的从牙颌三维模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法，其 特征在于，所述η个约束点包括所述步骤2)获得的解剖学特诊点、步骤3)指定的两个约束 点和一系列围绕且不属于目标牙冠的约束点B ;所述约束点B的确定方法如下：找到所有解 剖学特征点在所述咬合平面上的投影点，找到位于所述咬合平面上、且经过所述投影点的 直线；以咬合平面的法线为轨迹，将所述直线朝牙颌底部平移一段距离，所述距离设定为从 牙冠尖点到牙颌底部垂直距离的2/3倍；获取所述直线与牙颌三维网格模型的交点，所述 交点的集合即为Β。
7. 根据权利要求6所述的从牙颌三维模型分割单颗牙冠的计算机交互式方法，其特征 在于，所述步骤4)中，获取所述牙冠分割边界线后，优化所述牙冠分割边界线，优化过程如 下：为牙冠分割边界线上各点计算一个标量场，每个点对应的标量值为该点的单位法向量 与B中近舌侧点的平均单位法向量的点积，由点积的概念可知，该标量场的值域为[_1，1]; 选取大于〇的阈值对该标量场进行阈值化，将所述牙冠分割边界线分为近唇侧和近舌侧两 部分，舍弃近舌侧部分，保留近唇侧边界线部分；然后，在贴近牙颌近舌侧表面的平面上构 造样条线，所述平面由所保留的近唇侧边界线的2个端点以及B中近舌侧的1点确定，将该 样条线作为新的近舌侧牙冠边界线；最后，将所述近唇侧边界线部分边界线和所述新的近 舌侧牙冠边界线结合起来，成为优化后的完整的牙冠分割边界线。
【文档编号】G06T19/00GK104392492SQ201410680473
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】廖胜辉, 刘石坚, 罗雄, 梁毅雄, 邹北骥, 陈再良, 王磊, 向遥 申请人:中南大学