自动生成牙套模型切割线的方法、存储介质和电子设备与流程

本发明涉及数字化口腔，尤其涉及一种基于牙洞线和萌出帽附件自动生成牙套模型切割线的方法、存储介质和电子设备。

背景技术：

1、随着计算机图像学的不断发展，基于数字化建模的隐形矫治技术已被广泛投入使用。隐形牙套的生产过程主要包括3d打印牙模，压模，切割牙套，以及抛光打磨等流程。整个生产过程的关键在于如何切割牙套使得牙套能够完全贴合患者牙齿，且保证不刮蹭牙龈。切割牙套主要依据的是从三维牙颌模型上获取的牙套切割线，利用切割线将模型的牙龈与牙齿分离，分离获得的牙套的完整性及其与患者牙齿的适配度均取决于切割线的生成质量。

2、目前常用的生成切割线方法大多依赖人工切割，生成切割线的质量稳定性较差，且无法进行批量生成，需要耗费大量的人力物力。因此，在目前的研究中出现了几种自动生成切割线的技术方法，例如基于曲率生成切割线，和基于两颗牙齿牙洞线的最短路径生成的切割线。但是基于曲率生成切割线的方法容易造成误识别，还需要人工进行修整，而基于最短路径生成的切割线，会容易引起模型过切，也需要人工调整甚至重新生成。这些方法无法实现完全意义上的牙套自动化，且并未针对儿牙萌出的小牙做额外考虑，若按照正常牙齿方法生成切割线会造成压迫萌出牙，引起患者不适。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是设计一种自动生成牙套模型切割线的方法，利用萌出帽附件以及牙齿与牙龈相交所产生的牙洞线来选取相邻牙洞之间的连接控制点，根据不同牙位处的牙齿及牙龈特征对控制点进行微调，随后根据控制点生成连接曲线连接两相邻牙洞，最后整合每一段的切割曲线，生成整个切割线，解决现有的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的自动生成牙套模型切割线的方法基于牙洞线和萌出帽附件，具体包括如下步骤：

3、步骤s1：获取萌出帽附件的虚拟牙洞线；

4、步骤s2：萌出帽唇舌侧的三角牙判定；

5、步骤s3：将萌出帽附件及其相邻倒凹网格合并到整个牙颌网格；

6、步骤s4：遍历牙位构造唇舌侧切割线；

7、步骤s5：对切割线进行整体平滑；

8、步骤s6：过滤重复点：滤除步骤s5平滑后的切割线点中的重复点；

9、步骤s7：改进曲线：对切割曲线进行进一步改进，依照输入的偏移参数(单位：mm)将生成的切割线向外移动对应距离得到移动后的点，对生成的点进行平滑，得到能够应用于自动切割设备的控刀线。

10、进一步的，步骤s1包括如下步骤：

11、步骤s11：按牙位遍历所有牙齿数据，标注当前牙位的牙洞的是否有萌出帽附件，若当前牙位有多个萌出帽，则将多个萌出帽合并为一个网格；

12、步骤s12：获取初始萌出帽牙洞线，保证唇舌侧萌出帽牙洞线分别高于两侧相邻牙洞线边缘最低点0.1mm～0.5mm；

13、步骤s13：根据步骤s12获得的萌出帽初始牙洞线，判断萌出帽牙齿的类型：通过判断萌出帽牙洞线与真实牙洞线的空间位置关系确定是否为弓外牙，若当前萌出帽为非弓外牙，通过萌出帽牙洞线与正常牙齿牙洞线的包裹情况判断是否为萌出帽修补烂牙，若当前牙位为萌出帽修补烂牙，则直接将萌出帽与烂牙合并后的网格，与牙龈网格求交，获得新的牙洞线，同时设置当前牙位牙齿非萌出帽，即烂牙的生成方式；若当前萌出帽为弓外牙，则直接使用萌出帽的牙洞线；

14、步骤s14：更新萌出帽的局部坐标系：依据相邻两侧假牙牙齿的初始局部坐标系(x指向近中，z轴指向牙根生长方向)求两侧牙齿坐标各小坐标的平均值可得x、y、z轴的平均向量，作为萌出帽的局部坐标系；

15、步骤s15：萌出帽牙洞线分区：根据更新后萌出帽的x、y方向获取萌出帽牙洞的四个象限的起始点，即：将萌出帽牙洞线上的点投影到x,y轴所在的直线上，分别找到两个方向的最大和最小投影点作为象限起始点，根据象限起始点将牙洞线分为四个象限，其中不同象限点的存储顺序不同，x方向上的象限起始点均为各象限的初始点，y轴方向上的点均为各象限的末端点，在划分各个象限上的点时需要根据原始牙洞点的顺逆方向，分别存放各象限的点，其中0，1象限为唇侧的两个象限，2，3象限为舌侧的两个象限；

16、步骤s16：唇侧的0、1象限和舌侧的2、3象限牙洞点分别根据各侧相邻牙齿牙洞线最低点，沿z轴方向再次调整，使各侧象限萌出帽牙洞点高于两侧最低点0.1mm～0.5mm。

17、步骤s17：存放除烂牙以外的所有萌出帽附件。

18、进一步的，步骤s12中，获取萌出帽牙洞线的方式依据所处牙位不同，分为边界牙位萌出帽和非边界牙位萌出帽；对于边界牙位萌出帽，取当前牙位正常牙齿的牙洞线中心点及牙颌的z轴方向构造平面截取萌出帽牙洞线(磨牙萌出帽高于两侧牙齿牙洞线底部边缘0.1mm)；对于非边界牙位萌出帽，根据两侧非萌出帽牙齿坐标方向确定当前萌出帽的小坐标并用局部z轴及移动后的萌出帽牙洞线中心点构造平面截取牙洞线；若截取的牙洞线过少则重新根据小牙牙洞线拟合的平面截取萌出帽牙洞线。

19、进一步的，步骤s13中，弓外牙的判定方式为：若两牙洞线中心点之间的距离大于2.5mm且两牙洞拟合的平面法向夹角大于40°，则当前萌出帽可判定为弓外牙；萌出帽修补烂牙的判定方式为：将两牙洞线都投影到同一平面上，将牙洞线中心点到真实牙洞线上各个点构造射线，将萌出帽牙洞线上的点分别投影到各射线上，若萌出帽牙洞线上的投影点到真实牙洞中心点的距离小于真实牙洞线上的点到中心点的距离，则可判定真实牙洞线的点位于萌出帽牙洞投影点外部，若不在外部则不做记录，若存在位于萌出帽外部的点的数量大于真实牙洞点数量的1/8，则证明当前牙位为萌出帽修补烂牙。

20、进一步的，步骤s2中萌出帽的唇舌侧三角牙判定方式为：

21、舌侧萌出帽三角牙：获得左右相邻舌侧牙洞线的2、3象限上的最靠近舌侧的两点a、b，将这两点与萌出帽舌侧牙洞线上的最靠近舌侧的点c做比较，将a、b、c三点投影到以c点及当前牙位的y轴向量(唇舌侧方向)所构造的射线上，该射线的起始点为c点，射线方向为y轴方向，若a、b点在射线上的投影点与c点的距离大于2mm且与c点相比，两投影点处于更靠近舌侧方向，则可判定当前牙齿为三角牙；

22、唇侧萌出帽三角牙的判定与舌侧萌出帽三角牙的判定方法相同，同样根据y轴方向牙洞线的凹陷程度来判断，即将当前牙洞线和相邻两侧牙洞线上的最靠近唇侧的点投影到以当前牙洞线最靠近唇侧点为起始点沿y轴方向构造的射线上，分别得到c1，a1，b1，比较三点之间的距离，若b1、a1点在射线上的投影点与c1点的距离大于2mm且与c1点相比，两投影点处于更靠近唇侧方向，则可判定当前牙齿为唇侧三角牙。

23、进一步的，步骤s3包括如下步骤：

24、步骤s31：获取与萌出帽相邻的倒凹网格；

25、步骤s32：将步骤s1中获取的萌出帽附件以及步骤s31获取的倒凹网格块合并到牙颌网格上。

26、进一步的，步骤s4包括如下步骤：

27、步骤s41：检测所遍历的当前牙齿是否为头部，即边界牙位，若为边界牙位则直接将当前牙位的第0和第3象限的点作为切割线点存入点集a中，作为生成切割线的部分初始点，若非边界牙位则执行步骤s42—步骤s44；

28、步骤s42：依据步骤s2中的判断结果，得到当前遍历的牙齿是否为三角牙：

29、若为唇侧三角牙则从舌侧实现跳转连接：获取当前牙位下方牙龈舌侧网格的最近点，找到距离最近点相邻牙洞象限上的最近两点作为低位控制点，并向两控制点中心方向微调0.5mm～1.5mm；找到低位控制点到牙洞线上的最近点，记录对应的牙洞点索引indexleft和indexright作为跳转连接位置；根据获取的低位控制点，沿牙洞线唇侧方向取两个牙洞点，作为高位控制点，向两控制点中心方向微调0.5mm～1.5mm，依据四个控制点，使用beziercurve(贝塞尔曲线)构造牙洞连接曲线，将三角牙两侧牙洞线再跳转索引点处连接，连接曲线的投影方向为两侧牙洞构造平面的平均法向方向；

30、若为舌侧三角牙则从唇侧实现跳转连接：根据所设置的相邻牙洞的跳转距离，获取低位控制点，利用仿射变换获取高位控制点；使用beziercurve构造牙洞连接曲线，将三角牙两侧牙洞线再跳转索引点处连接，连接曲线的投影方向为两侧牙洞构造平面的平均法向方向；

31、步骤s43：将切割线分为唇舌侧两部分进行生成：

32、唇侧切割线：根据两相邻牙洞的属性不同，可分为四种情况：①左侧正常牙齿当前萌出帽；②左侧萌出帽当前正常牙齿；③左侧萌出帽当前萌出帽；④左侧和当前牙位均为正常牙齿；对于情况①和②，首先根据跳转距离获取低位控制点，利用仿射变换获取高位控制点，根据所得控制点，构造beziercurve，在曲线上插值，并将插值点沿距离最近的三个网格面片的平均法向方向投影，得到对应网格上的投影点；获取左右侧牙洞线及投影点，同时获取牙洞点前后延伸10个点作为原始拟合点，进行四阶多项式拟合；将拟合后的点按照最近面片的平均法向方向投影，同时剔除落在牙洞内部的点以及过渡弯曲的曲线点；对于情况③则无需构造连接线直接将萌出帽牙洞进行连接；情况④首先根据跳转距离获取低位控制点，利用仿射变换获取高位控制点，根据所得控制点，构造beziercurve，在曲线上插值，将两侧正常牙齿的牙洞线进行连接；

33、舌侧切割线：同样的，舌侧切割线也可以分为四种情况，且生成切割线的方法与唇侧切割线的生成方法相同；

34、步骤s44：检测当前牙是否为尾部边界牙位，若为尾部边界牙位，同样将当前牙洞的第0和第3象限牙洞线直接作为切割线点存入点集a中，作为生成切割线的部分初始点。

35、进一步的，步骤s5包括如下步骤：

36、步骤s51：遍历切割线初始点，计算每个点及其相邻两点所构造三角形的外接圆曲率，及该点与相邻两点所成角度，返回点的角度范围为[0，180°)；

37、步骤s52：遍历切割线初始点，根据步骤s51中得到的每个点的外接圆曲率以及角度来判断是否需要平滑，若遍历点与左右两侧点的外接圆曲率的差值是其左侧点及其左侧相邻点曲率差值的两倍或是右侧点及其相邻点的曲率差值的两倍，且当前遍历点或其前后点均属于萌出帽牙位的切割点，则进行平滑操作，或是当前点与两侧点所成角度≤165°，且当前点或其前后5个点被标记为萌出帽牙位切割点，则将当前遍历点及其前后两个点进行平滑操作，其中平滑主要是将所选取的5个点均匀分布到初始和末尾点所连接的直线上。

38、本发明还提供一种电子设备，包括：

39、至少一个处理器；以及

40、至少一个与所述处理器通信连接的存储器；

41、其中，所述存储器存储有可被处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使电子设备执行前述的自动生成牙套模型切割线的方法。

42、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现前述的自动生成牙套模型切割线的方法。

43、本发明的有益效果：

44、本发明的基于牙洞线和萌出帽附件自动生成牙套模型切割线的方法主要借助传统图形几何算法，利用萌出帽附件以及牙齿与牙龈相交所产生的牙洞线来选取相邻牙洞之间的连接控制点，根据不同牙位处的牙齿及牙龈特征对控制点进行微调，随后根据控制点生成连接曲线连接两相邻牙洞，最后整合每一段的切割曲线，生成整个切割线。通过这种方法获得的切割线，能够考虑到多种场景包括儿牙将要萌出或未萌出的小牙，能够更大程度上避免牙套压迫牙龈或小牙而引起的患者不适，且能够实现更完全的切割线生成自动化，在一定程度上大大节省人力和物力。