一种虚拟牙龈三角网格构建和随动算法

文档序号:9788205阅读:788来源:国知局
一种虚拟牙龈三角网格构建和随动算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及了一种牙模型构建算法,尤其是涉及了一种虚拟牙龈三角网格构建和 随动算法,创建获得虚拟牙龈的三角网格并实现随动形变。
【背景技术】
[0002] 近年来,数字口腔技术发展迅速,牙齿隐形正畸也逐渐普及。而数字治疗辅助系统 要完成的工作就是建立牙齿模型,为矫治方案的设计提供数据支持。要建立精准的牙齿模 型,首先需要通过光学方法扫描石膏模型获得牙颂三维数据,再利用数字几何处理技术分 离牙齿牙龈数据,并对牙齿缺失部分进行修复,建立可移动的牙齿模型,供医生确定矫治方 案。
[0003] 在牙齿模型的建立中,原本的牙龈模型因为取模、翻模过程中的修整,会有较大的 变形,所以需要重新建立虚拟牙龈模型。而在牙齿的移动过程中,也需要牙龈能够随之而移 动,以直观地展示移动过程,并使制作出来的牙套更加舒适。

【发明内容】

[0004] 本发明提出了一种虚拟牙龈三角网格构建和随动算法。该算法通过计算,得到更 加符合牙齿牵引作用的牙龈数据,以提高矫治器在使用过程的舒适程度,减少矫治器对牙 龈组织的挤压。同时,牙龈随着牙齿位置运动而形变的过程能够提高医生与患者在矫治方 案设计交流的方便,能够直观地向患者展示整个矫治方案。
[0005] 本发明提出了以下技术方案:
[0006] 1)先构建虚拟牙龈网格:
[0007] 1.1)导入所有牙齿模型及每颗牙齿对应的局部坐标系;
[0008] 1.2)获取每颗牙齿模型对应的控制点,利用控制点获得牙龈边界线;
[0009] 1.3)移动控制点生成虚拟牙龈的三角网格;
[0010] 2)对虚拟牙龈网格形变与重建:
[0011] 通过移动点、随动点和固定点获得形变区域,构造Lap 1 ac i an矩阵进行网格形变。 在形变过程中,使用牙齿运动控制牙龈边界,进而控制牙龈局部形变区域形变,多个局部形 变区域依次形变,最终形成了整个牙龈的整体形变。在本算法中,虚拟牙龈网格被分为不同 的形变区域,一个形变区域包括一颗牙齿邻近牙龈区域以及由相邻两颗牙齿的边界组成的 固定边界。
[0012] 所述的牙齿模型为切割完毕且其边缘已平滑修复的三角网格模型。
[0013] 所述的控制点是指位于每颗牙齿模型的边缘上有序排列的点,控制点采用以下方 式获得:
[0014] Stepl:找到牙齿模型的边界点并对边界点进行排序;将牙齿模型的各个边界点投 影到局部坐标系的XY水平平面,在投影得到的点中找到在X轴正方向区域里与X轴最近的点 作为排序的起始点,然后从该点开始沿着XY平面顺时针的方向对边界点进行依次排序,获 得有序的边界点集;
[0015] Step2:从中抠除牙缝点,牙缝点是牙缝两侧附近的边界点,形成每颗牙齿的内外 边界点;
[0016] Step3:利用单颗牙齿的局部坐标系在抠除牙缝点后的边界点中获取控制点,从每 颗牙齿的内外边界点分别均匀地选择五个边界点作为控制点。
[0017] 所述步骤Step2中的牙缝点采用以下方式获得:一颗牙齿模型上的任意边界点为 vl,另一颗牙齿模型上的任意边界点为v2,对于两颗相邻牙齿模型上的所有点,只要任意两 点之间的欧式距离满足I I vl_v2 | | < = Dmin+0.5,则均视为牙缝点,Dmin为两颗相邻牙齿模 型之间的最短距离,0.5为经验值,可在合理的范围内微调。
[0018] 所述的局部坐标系以每颗牙齿模型的中心为坐标原点,其中X轴方向由舌侧指向 唇侧并与牙齿表面垂直,Z轴方向从牙根指向牙冠,Y轴垂直于X轴和Z轴。
[0019] 所述的牙龈边界线包括两条上部边界线和两条底部边界线,按照顺序依次连接控 制点得到牙龈与牙齿相邻的位于内、外的上部边界线,底部边界线是通过控制点投影到牙 龈底部全局坐标的XY平面后曲线拟合得到。
[0020] 所述牙龈的底部边界线采用以下方式获得:
[0021] Stepl:从控制点在牙龈底部全局坐标的XY平面上的投影点中选择确定拟合控制 点,拟合控制点用于可控制B-样条曲线的形态。
[0022] 在最边缘的两颗磨牙之间平均取五颗牙齿模型,在每颗牙齿模型中选取一个控制 点,控制点投影到牙龈底部全局坐标的XY平面上获得的投影点作为拟合控制点;在最边缘 两颗磨牙中,再选择两个控制点投影到牙龈底部全局坐标的XY平面上作为拟合控制点v 2~ V6;在最边缘两颗磨牙中,接着选择两个控制点投影到牙龈底部全局坐标的XY平面上作为 拟合控制点VI和V7,即总共有七个拟合控制点VI、V2、V3、V4、V5、V6和V7 ;为了保证拟合得到的 B-样条曲线可以穿过头尾两个拟合控制点,最后在头尾的最边缘两颗磨牙最外侧再多取两 个拟合控制点VQ、V8,所述最边缘两颗磨牙外侧的两个拟合控制点VQ、V8与其余七个拟合控 制点VI、V2、V3、V4、V5、V6和V7之间的距离位置在拟合曲线中满足以下关系:
[0023] vo = vi+(vi-V2)
[0024] V8 = V7+(V7-V6)
[0025] Step2:利用拟合控制点在底部XY平面上拟合生成三次B-样条曲线;
[0026] 所述的三次B-样条曲线是分段连续的多项式曲线,其基函数由节点向量定义,拟 合曲线生成之后需要调整拟合控制点的位置进而调整曲线的形态,使得内、外曲线之间每 点处的径向间距均匀;
[0027] Step3:由投影之后的点作为拟合控制点直接生成的三次B-样条曲线形态可能不 是很均匀,因此需要进一步调整拟合控制点的位置进而调整三次B-样条曲线的形态,使得 内、外曲线之间每点处的径向间距均匀,其中,九个拟合控制点中,^、^、¥4、^和^是可调整 的,VQ、V1、V7和V8是固定的不可调整的点;
[0028] Step4:将底部二维平面上所有控制点的投影点移动到B-样条曲线上,连接投影点 即可得到底部边界线。
[0029]所述步骤1.3)中移动控制点是指在确定了拟合曲线的形态之后,将所有控制点在 牙龈底部全局坐标的XY平面上的投影点向底部边界线移动,找到底部边界线上离投影点最 近的位置,并将投影点移动到该位置。
[0030] 所述步骤1.3)中虚拟牙龈三角网格采用以下方式构建:
[0031] Stepl:使用二次函数曲线将上部边界线的每个控制点与其在底部边界线对应的 投影点连接起来,并将内、外上部边界线上牙缝附近的控制点用直线对应相连;
[0032] Step2:对所述二次函数曲线和直线进行细分,平均地取离散点作为牙龈网格构造 顶点;
[0033] Step3:按照三角网格形成方式将牙龈网格构造顶点进行连接,得到三角网格平 面。
[0034] 进一步地,为保证最终的网格质量,本发明对网格进行进一步的细分,细分采用的 方法是两点之间取平均得到新的顶点,进而连接顶点完成网格的构造。
[0035] 所述的二次函数曲线F(x)采用以下公式:
[0037] 其中,Η表示牙龈侧面的凸起程度,| |vl_v2| |表示控制点vl与其对应的投影点v2 之间的欧式距离。
[0038] 所述移动点、固定点和随动点具体为:
[0039] 取控制点及其附近的两个离散点作为移动点,移动点是随着对应牙齿移动而同步 移动的点;
[0040] 取投影点作为固定点,固定点是随着对应牙齿移动保持不动的点;
[0041 ]虚
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