牙弓曲线生成方法、系统、计算机设备及可读存储介质与流程

本技术涉及计算机数据处理领域，特别是涉及牙弓曲线生成方法、系统、计算机设备和计算机可读存储介质。

背景技术：

1、3d数字化正畸作为一种全新数字化矫正技术，相较于传统正畸手段，3d数字化正畸对错位牙、龅牙等畸形的矫正更为精准，矫正效果具有更自然、矫正时间更短、不反弹等优点，结合现代口腔医学、计算机辅助三维诊断、计算机辅助设计、个性化方案与数字成型技术，是一种针对牙齿问题的全新的数字化矫正技术。

2、牙列形态和功能的恢复与重建是口腔正畸治疗的基本目标。传统正畸技术中，多为通过正畸医生或牙技师获取患者的牙齿模型进行视觉分析，按照牙弓曲线的定义在患者口扫模型上进行手动标注、绘制牙弓曲线，进而根据牙弓曲线生成矫治器，但通过手动标注、绘制牙弓曲线操作繁琐且误差较大，受正畸医生和牙技师的主观性影响大，准确性较低，会影响后续正畸方案的形成。

3、随着数字化矫正技术的发展，现有牙弓曲线开始采用基于计算机辅助设计的生成方法，但目前基于口扫模型计算牙弓曲线是通过在软件中手动选点获取颌平面，然后选取目标点后将目标点链接成牙弓曲线。尽管基于软件进行牙弓曲线的标注、绘制便于手动操作，但依然需要手动选取目标点生成颌平面，计算颌平面仍存在手动误差且手动操作效率仍需提高。

4、因此，现有的牙弓曲线生产方法存在操作繁琐、工作效率低、对手动操作人员(正畸医生、牙技师)专业性及时间成本要求较高，手动操作人员基于不同牙弓曲线规则生成的牙弓曲线结果也不同，部分点选方式无法保证对称性，也会导致准确性较低，影响矫正效果，也不便于对生成的牙弓曲线进行智能优化。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种牙弓曲线生成方法、系统、计算机设备和计算机可读存储介质，以至少解决牙弓曲线生成准确性的问题。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种牙弓曲线生成方法，包括：

3、牙齿模型获取步骤，通过三维扫描仪获取目标牙齿模型的三维数据；

4、三维凸包获取步骤，基于所述三维数据利用增量法分别计算上牙凸包、下牙凸包，上牙凸包、下牙凸包分别为包含三维数据中上牙的最小凸多面体的点集合、下牙的最小凸多面体的点集合；

5、三维模型体构建步骤，基于所述上牙凸包及下牙凸包进行布尔交集计算，获取上牙凸包和下牙凸包的交集模型体，以表示目标牙齿模型中的咬合区域部分，该模型体是一近似于半圆形的三维模型体；

6、牙弓曲线生成步骤，将所述交集模型体的模型点投影至一二维平面并提取投影结果的牙齿边缘特征点，将所述牙齿边缘特征点通过三次贝塞尔曲线(bézier curve)插值形成牙弓曲线。

7、在其中一些实施例中，所述三维凸包获取步骤中上牙凸包和下牙凸包均通过如下步骤得到：

8、初始凸包选取步骤，在所述三维数据中选取多个初始点构成一初始凸包；

9、初始凸包更新步骤，循环遍历所述三维数据中的点，筛选位于所述初始凸包的外部的数据点并基于所述数据点更新所述初始凸包，得到更新后的三维凸包，直至所述三维数据中的点均遍历完成。具体的，找到位于所述初始凸包外部的数据点，确定所述初始凸包中与该点距离最远的点，将两点之间所包含的凸包点与新增加的p点相连，并将新形成的点、边和面作为新的凸包元素，从而得到更新后的凸包。

10、在其中一些实施例中，所述牙弓曲线生成步骤中提取牙齿边缘特征点具体包括：

11、获取所述投影结果中最外圈的点集v；

12、计算点集v中相邻点之间的角度θ，筛选所述角度θ不为0的最外圈的点作为待提取的牙齿边缘特征点。角度θ可以基于如下计算模型计算得到：

13、θ＝arctan((y2-y1)/(x2-x1))，用于表示相邻两点，a点(x1,y1)、b点(x2,y2)之间，从任一点发出射线穿过另一点所形成的角度。

14、在其中一些实施例中，所述牙弓曲线生成步骤中提取牙齿边缘特征点具体包括：

15、获取所述投影结果中最外圈的点集v；

16、计算点集v中相邻点之间的角度θ，筛选所述角度θ不为0的点作为预选牙齿边缘特征点；

17、获取所述三维数据中每一颗牙齿的牙位；

18、筛选所述牙位对应的预选牙齿边缘特征点，将牙位中点处的预选牙齿边缘特征点作为待提取的牙齿边缘特征点，以适应于取牙齿中点形成牙弓曲线的正畸需求，扩展本技术方法的适用场景。

19、在其中一些实施例中，所述牙弓曲线生成步骤中三次贝塞尔曲线插值可基于如下计算模型计算得到：

20、b(t)＝(1-t)3*p0+3*(1-t)2*t*p1+3*(1-t)*t2*p2+t3*p3，

21、其中，0≤t≤1，p0、p1、p2、p3为控制点，控制点为所述牙齿边缘特征点中选取的邻接点，用于调整相邻牙齿边缘特征点之间的圆滑度。

22、在其中一些实施例中，所述控制点配置为基于人机交互界面进行拖动或编辑，具体的，编辑操作包括但不限于插入、删除、输入调节参数进行位移，以便于正畸医生、牙技师等专业人员进一步优化上述牙弓曲线，形成更符合目标对象的特异性、更美观的牙弓曲线。

23、第二方面，本技术实施例提供了一种牙弓曲线生成系统，包括：

24、牙齿模型获取模块，用于通过三维扫描仪获取目标牙齿模型的三维数据；

25、三维凸包获取模块，用于基于所述三维数据利用增量法分别计算上牙凸包、下牙凸包，上牙凸包、下牙凸包分别为包含三维数据中上牙的最小凸多面体的点集合、下牙的最小凸多面体的点集合；

26、三维模型体构建模块，用于基于所述上牙凸包及下牙凸包进行布尔交集计算，获取上牙凸包和下牙凸包的交集模型体，以表示目标牙齿模型中的咬合区域部分，该模型体是一近似于半圆形的三维模型体；

27、牙弓曲线生成模块，用于将所述交集模型体的模型点投影至一二维平面并提取投影结果的牙齿边缘特征点，将所述牙齿边缘特征点通过三次贝塞尔曲线插值形成牙弓曲线。

28、在其中一些实施例中，所述三维凸包获取模块中上牙凸包和下牙凸包均通过执行如下单元得到：

29、初始凸包选取单元，用于在所述三维数据中选取多个初始点构成一初始凸包；

30、初始凸包更新单元，用于循环遍历所述三维数据中的点，筛选位于所述初始凸包的外部的数据点并基于所述数据点更新所述初始凸包，得到更新后的三维凸包，直至所述三维数据中的点均遍历完成。具体的，找到位于所述初始凸包外部的数据点，确定所述初始凸包中与该点距离最远的点，将两点之间所包含的凸包点与新增加的p点相连，并将新形成的点、边和面作为新的凸包元素，从而得到更新后的凸包。

31、第三方面，本技术实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的牙弓曲线生成方法。

32、第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的牙弓曲线生成方法。

33、相比于相关技术，本技术实施例提供的牙弓曲线生成方法、系统、计算机设备及计算机可读存储介质，通过对口扫模型的几何处理自动获取用于牙弓曲线的特征点，并通过贝塞尔插值自动生成相应的牙弓曲线，减少人工操作带来的繁琐步骤，提高正畸效率，获得更加符合美观性、准确性、个性化的牙弓曲线，为牙齿矫正方案提供有效的数据支持和指导。

34、本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。