牙龈变形仿真的方法和装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种牙龈变形仿真的方法和装置。其中，该方法包括：获取牙龈模型，并确定牙龈模型的变形区域；在变形区域中确定质点，并根据质点的初始位置计算每个时间步长内质点的抗弯曲力值；根据抗弯曲力值计算质点在经过预设时间步长后的仿真信息；在仿真信息满足预设条件时，输出仿真结果。本发明解决了现有牙龈仿真变形不精确的技术问题。
【专利说明】
牙龈变形仿真的方法和装置
技术领域
[0001] 本发明涉及牙齿矫正领域，具体而言，涉及一种牙龈变形仿真的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 牙龈变形属于软组织变形的范畴，牙龈变形仿真就是当对畸形牙齿进行矫正时， 随着牙齿被矫正到达目的位置，牙龈也随着牙齿的移动进行蠕动并且引起形状改变。如何 逼真地模拟牙龈变形是一个复杂的问题，不仅要满足实时性和视觉上的要求，还要在一定 程度上真实的还原生物力学的特性。
[0003] 现有的一种仿真方式是通过质点弹簧模型进行仿真，该质点弹簧模型结构简单易 行，计算量较小，可根据需要在模型上进行改进，因此在变形仿真中有广泛地应用。但是采 用质点弹簧模型进行仿真变形后，其仿真结果经常会丢失了原模型的几何细节，使得变形 效果不理想，造成仿真变形不精确。
[0004] 针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供了一种牙龈变形仿真的方法和装置，以至少解决现有牙龈仿真 变形不精确的技术问题。
[0006] 根据本发明实施例的一个方面，提供了一种牙龈变形仿真的方法，包括:获取牙龈 模型，并确定所述牙龈模型的变形区域;在所述变形区域中确定质点，并根据所述质点的初 始位置计算每个时间步长内所述质点的抗弯曲力值;根据所述抗弯曲力值计算所述质点在 经过预设时间步长后的仿真信息;在所述仿真信息满足预设条件时，输出仿真结果。
[0007] 根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种牙龈变形仿真的装置，包括:确定单 元，用于获取牙龈模型，并确定所述牙龈模型的变形区域;计算单元，用于在所述变形区域 中确定质点，并根据所述质点的初始位置计算每个时间步长内所述质点的抗弯曲力值，并 根据所述抗弯曲力值计算所述质点在经过预设时间步长后的仿真信息;输出单元，用于在 所述仿真信息满足预设条件时，输出仿真结果。
[0008] 在本发明实施例中，通过获取牙龈模型，并确定该牙龈模型的变形区域;在该变形 区域中确定质点，并根据该质点的初始位置计算每个时间步长内该质点的抗弯曲力值;根 据该抗弯曲力值计算该质点在经过预设时间步长后的仿真信息;在该仿真信息满足预设条 件时，输出仿真结果。这样，通过在迭代求解质点位置的过程中增加抗弯曲力，从而能够有 效地保存牙龈曲面的几何信息，增加的抗弯曲力能够在仿真过程中更快达到稳定状态，减 少迭代次数，缩短变形时间，实现对牙龈变形的精确仿真，从而解决了现有牙龈仿真变形不 精确的技术问题。
【附图说明】
[0009] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0010] 图1是根据本发明实施例的一种可选的牙龈变形仿真方法的流程示意图；
[0011] 图2是根据本发明实施例的一种可选的牙龈变形仿真装置的结构示意图；
[0012] 图3是根据本发明实施例的一种可选的牙龈变形仿真装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的 附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是 本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范 围。
[0014] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第 二"等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用 的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或 描述的那些以外的顺序实施。此外，术语"包括"和"具有"以及他们的任何变形，意图在于覆 盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于 清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品 或设备固有的其它步骤或单元。
[0015] 根据本发明实施例，提供了一种牙龈变形仿真的方法实施例，需要说明的是，在附 图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽 然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出 或描述的步骤。
[0016] 图1是根据本发明实施例的牙龈变形仿真的方法，如图1所示，该方法包括如下步 骤：
[0017] S101、获取牙龈模型，并确定该牙龈模型的变形区域。
[0018] 其中，可以读取STL(STereoLithography，光固化成型）文件，获取该牙銀模型。
[0019] S102、在该变形区域中确定质点，并根据该质点的初始位置计算每个时间步长内 该质点的抗弯曲力值。
[0020] 在本步骤中，计算得到该质点对于Laplacian坐标的位置，并根据该位置得到该质 点的抗弯曲力。
[0021] 具体地，可以将变形区域看作简化的质点弹簧模型网格，三角面片的顶点看作质 点，三角面片的边看作连接质点且遵守胡克定律的弹簧，质点的运动受弹簧的弹力和与其 速度成正比的阻尼力的约束，这样就可以利用质点弹簧的运动规律来模拟牙龈变形过程， 可以通过以下公式计算该质点对于Lap lac ian坐标的位置：
[0023] 其中，Pl为该质点对于Lap 1 ac i an坐标的位置，5i为该质点的Lap lac ian坐标，
Pi为该质点的初始位置，Pj为该质点的邻接点的位置，N( i)表示Pi点的 邻接点的集合，di表示N (i)中点的个数。
[0024]进一步，可以通过以下公式计算该抗弯曲力：
[0025] f = kx(PL-Pi)
[0026] 其中，f为该抗弯曲力，kx为该质点对应的弹簧的刚度系数，Pt为该质点对于 Lap lac ian坐标的位置，Pi为该质点的初始位置。
[0027] S103、根据该抗弯曲力值计算该质点在经过预设时间步长后的仿真信息。
[0028] 在本步骤中，仿真信息包括该质点的移动速度或移动后的移动位置。
[0029] 其中，由于在本实施例中每个质点的运动都满足拉格朗日运动方程，因此，在得到 抗弯曲力值后，可以通过以下公式得到该质点在经过预设时间步长后的移动位置：
[0031] 其中，x为该质点经过预设时间步长后的移动位置，f为该质点所受外力，在本实施 例中包括抗弯曲力值，t为预设时间步长，m该质点的质量，k x为该质点对应的弹簧的刚度系 数，Y为弹簧的阻尼系数，e为弹簧的初始长度和当前长度的差值。
[0032] 进一步，可以基于隐式欧拉求精确值的MSM快速模拟方法通过以下公式得到该质 点在经过预设时间步长后的移动速度：
[0033] xt+h = xt+tvt+h
[0034] 其中，Xt+h为该质点在经过预设时间步长后的移动位置，^为该质点的初始位置，t 为预设时间步长，vt+h为该质点在经过预设时间步长后的移动速度。
[0035] S104、在该仿真信息满足预设条件时，输出仿真结果。
[0036] 其中，在该仿真信息不满足预设条件时，获取该质点的Laplacian坐标，循环计算 该质点相对于该Lap 1 ac i an坐标的位置，并根据该位置计算当前时间步长内该质点的抗弯 曲力值，并根据该抗弯曲力值计算该质点的仿真信息，直至得到的仿真信息满足预设条件。
[0037] 在本实施例中，该预设条件包括:该质点的移动速度小于或者等于预设速度阈值； 或者，该质点的位移小于或者等于预设位移阈值.
[0038] 这样，通过在迭代求解质点位置的过程中增加抗弯曲力，从而能够有效地保存牙 龈曲面的几何信息，增加的抗弯曲力能够在仿真过程中更快达到稳定状态，减少迭代次数， 缩短变形时间，实现对牙龈变形的精确仿真，从而解决了现有牙龈仿真变形不精确的技术 问题。
[0039] 图2为本发明实施例提供的一种牙龈变形仿真的装置，包括：
[0040] 确定单元201，用于获取牙龈模型，并确定该牙龈模型的变形区域.
[0041]计算单元202,用于在该变形区域中确定质点，并根据该质点的初始位置计算当前 时间步长内该质点的抗弯曲力值，并根据该抗弯曲力值计算该质点在经过预设时间步长后 的仿真信息.
[0042]输出单元203,用于在该仿真信息满足预设条件时，输出仿真结果。
[0043] 可选地，如图3所示，该装置还包括：
[0044] 获取单元204,用于在该仿真信息不满足预设条件时，获取该质点的Laplacian坐 标；
[0045] 该计算单元202,还用于循环计算该质点相对于该Laplacian坐标的位置，并根据 该位置计算每个时间步长内该质点的抗弯曲力值，并根据该抗弯曲力值计算该质点的仿真 信息，直至该仿真信息满足预设条件。
[0046] 可选地，该仿真信息包括该质点的移动速度或移动后的移动位置;该预设条件包 括:该质点的移动速度小于或者等于预设速度阈值;或者，该质点的的位移小于或者等于预 设位移阈值。
[0047] 采用上述装置，通过在迭代求解质点位置的过程中增加抗弯曲力，从而能够有效 地保存牙龈曲面的几何信息，增加的抗弯曲力能够在仿真过程中更快达到稳定状态，减少 迭代次数，缩短变形时间，实现对牙龈变形的精确仿真，从而解决了现有牙龈仿真变形不精 确的技术问题。
[0048]上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0049] 在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有 详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0050] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的 方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为 一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或 者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互 之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连 接，可以是电性或其它的形式。
[0051]所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个 单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。 [0052]另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以 是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单 元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0053]所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用 时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上 或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式 体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机 设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或 部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(R0M，Read-0nly Memory)、随机存取存 储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的 介质。
[0054]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种牙龈变形仿真的方法，其特征在于，包括： 获取牙龈模型，并确定所述牙龈模型的变形区域； 在所述变形区域中确定质点，并根据所述质点的初始位置计算每个时间步长内所述质 点的抗弯曲力值； 根据所述抗弯曲力值计算所述质点在经过预设时间步长后的仿真信息； 在所述仿真信息满足预设条件时，输出仿真结果。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述仿真信息不满足预设条件时，所述 方法还包括： 获取所述质点的Laplacian坐标； 循环计算所述质点相对于所述Laplacian坐标的位置，并根据所述位置计算当前时间 步长内所述质点的抗弯曲力值，并根据所述抗弯曲力值计算所述质点的仿真信息，直至得 到的仿真信息满足预设条件。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述仿真信息包括所述质点的移动速 度或移动后的移动位置； 所述预设条件包括： 所述质点的移动速度小于或者等于预设速度阈值;或者，所述质点的位移小于或者等 于预设位移阈值。4. 一种牙龈变形仿真的装置，其特征在于，包括： 确定单元，用于获取牙龈模型，并确定所述牙龈模型的变形区域； 计算单元，用于在所述变形区域中确定质点，并根据所述质点的初始位置计算每个时 间步长内所述质点的抗弯曲力值，并根据所述抗弯曲力值计算所述质点在经过预设时间步 长后的仿真信息； 输出单元，用于在所述仿真信息满足预设条件时，输出仿真结果。5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 获取单元，用于在所述仿真信息不满足预设条件时，获取所述质点的Laplacian坐标； 所述计算单元，还用于循环计算所述质点相对于所述Laplacian坐标的位置，并根据所 述位置计算当前时间步长内所述质点的抗弯曲力值，并根据所述抗弯曲力值计算所述质点 的仿真信息，直至所述仿真信息满足预设条件。6. 根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述仿真信息包括所述质点在所述每 个时间步长内的移动速度或移动后的移动位置； 所述预设条件包括： 所述质点的移动速度小于或者等于预设速度阈值;或者，所述质点的的位移小于或者 等于预设位移阈值。
【文档编号】G06F17/50GK105930566SQ201610231481
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月10日
【发明人】李占利, 王明明
【申请人】西安科技大学