一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法，包括：S1.读取待操作的修复体模型，同时输入特征点集合；S2.将特征点集合中的所有特征点投影到变形曲面，获得每个特征点对应的投影点；S3.计算每个投影点对应的变形区域中的每个顶点与该投影点之间的拓扑距离，进而筛选获得该投影点对应的所有变形点；S4.根据密度函数计算变形点的变形向量；S5.根据计算出的变形向量对变形点进行变形操作。本发明可以实现义齿修复表面的快速变形，计算量低、效率高而且准确度高，可广泛应用于义齿修复体表面的变形领域中。
【专利说明】-种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及义齿修复的计算机图形构造领域，特别是设及一种基于特征点的义齿 修复表面快速变形方法。
【背景技术】
[0002] 牙齿修复体曲面局部变形是口腔修复CAD/CAM系统的核屯、技术之一，其功能是针 对患者口内特定的约束条件修改修复体的表面，该变形方法的效率直接影响到修复体的精 确度。目前主要的变形方法有W下几种：一、基于细分变形空间的局部变形方法，该方法首 先构造修复体模型的细分变形空间后，将数据映射到空间中，然后通过细分变形空间间接 改变修复体的局部形态，该方法细分空间的界定并不客观，变形范围也难W确定，导致变形 效果比较不稳定，而且该种方法计算量也比较大，效率比较低；二、基于B样条曲线插值修 复体模型的变形方法，该种方法通过B样条曲线差值修复体模型后，通过改变B样条的控制 点实现局部变形，该方法计算量较大，导致实时性较差，不适用于实时性要求较高的系统； =、基于曲线驱动的局部变形方法，该种方法的计算量相对于前两种方法会较低，效率有所 提升，但是提升的效率不足W满足良好的交互性要求，该方法对处于凹凸处的变形点的变 形向量的计算存在较大偏差，导致整个变形方法精确度较差。总的来说，目前的变形方法 中，普遍存在计算量大、效率低W及准确度低的问题。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方 法。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是；
[0005] 一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法，包括：
[0006] S1、读取待操作的修复体模型，同时输入特征点集合；
[0007] S2、将特征点集合中的所有特征点投影到变形曲面，获得每个特征点对应的投影 占. '?、、 ?
[000引 S3、计算每个投影点对应的变形区域中的每个顶点与该投影点之间的拓扑距离， 进而筛选获得该投影点对应的所有变形点；
[0009] S4、根据密度函数计算变形点的变形向量；
[0010] S5、根据计算出的变形向量对变形点进行变形操作。
[0011] 进一步，所述步骤S2,包括：
[0012] S21、读取特征点集合中的第一个特征点；
[0013] S22、遍历修复体模型上的所有顶点后，获得与第一个特征点的距离平方值最小的 顶点作为第一个特征点的投影点；
[0014] S23、依次读取特征点集合中的其它特征点，W第一个特征点的投影点为中屯、点， 依次遍历中屯、点的N环邻域点，并将该些顶点中与读取的特征点之间的距离平方值最小的 顶点作为该特征点的投影点；
[0015] 其中，N = 1，2,3，…，N〇;N。为预设的正整数。
[0016] 进一步，所述步骤S3,包括：
[0017] S31、在每个投影点对应的变形区域中，W该投影点为中屯、，依次遍历该投影点的N 环邻域点，并将所遍历的每个顶点的路径信息均存储到FIFO中；
[0018] S32、依次从FIFO中读取一个顶点的路径信息后，计算该顶点到其对应的投影点 的拓扑距离，并判断该拓扑距离是否小于或等于变形半径，若是，将该顶点作为投影点的变 形点，否则，将该顶点剔除；
[0019] S33、重复执行步骤S32,直到FIFO读取完毕后，获得该投影点对应的所有变形点；
[0020] 其中，所述变形半径是指预设的投影点对应的变形区域的半径，N = 1，2,3,…， Ne;N。为预设的正整数。
[002U 进一步，所述FIFO的每个数据单元包括四个参数；起点、终点、投影点与终点的最 短路径值W及起点到终点的长度。
[0022] 进一步，所述步骤S4,包括：
[0023] S41、对每个变形点，根据下式计算其密度函数：
[0024] F(x) = (x2-l)2(x G [0, U)
[002引上式中，F(x)表示变形点的密度函数，X = L/R，L表示该变形点到其对应的投影 点的拓扑距离，R表示变形半径；
[0026] S42、根据下式计算变形点的变形向量：
[0027] Vec (pt) = F (X) X (Cnew (vt) -Cold (vt)}
[002引上式中，Vec(pt)表示变形点的变形向量，C",，(vt)表示该变形点对应的投影点， CdM(^)表示该投影点对应的特征点。
[0029] 进一步，所述步骤S5,其具体为：
[0030] 根据计算出的变形向量，结合下式对变形点进行变形操作：
[0031] pt' = pt+Vec (pt)
[0032] 上式中，pt代表变形点，pt'代表对变形点进行变形操作后得到的顶点，Vec(pt) 代表变形点的变形向量。
[0033] 本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方 法，包括；S1、读取待操作的修复体模型，同时输入特征点集合；S2、将特征点集合中的所有 特征点投影到变形曲面，获得每个特征点对应的投影点；S3、计算每个投影点对应的变形区 域中的每个顶点与该投影点之间的拓扑距离，进而筛选获得该投影点对应的所有变形点； S4、根据密度函数计算变形点的变形向量；S5、根据计算出的变形向量对变形点进行变形操 作。本发明直接获取用户输入的特征点集合，没有拟合等数据计算过程，而且通过将特征点 投影到变形曲面后，根据密度函数计算出变形点的变形向量，从而对变形点进行变形操作， 实现义齿修复表面的快速变形，计算量低、效率高而且准确度高。
[0034] 而且，本方法基于顶点的N环邻域来获得特征点的投影点W及投影点对应的变形 区域中的变形点，大大地降低了计算量，显著地提高了义齿修复表面变形的效率，且准确度 较高。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0036] 图1是本发明的一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法的示意图；
[0037] 图2是N环邻域示意图；
[003引图3是本发明的一具体实施例中查找特征点的投影点的原理示意图；
[0039] 图4是本发明的一具体实施例中的一投影点与其N环邻域点之间的拓扑结构图；
[0040] 图5是本发明的一具体实施例中的FIFO模型的示意图。
【具体实施方式】
[0041] 为了便于下文的描述，首先给出W下术语解释：
[0042] N环邻域点；拓扑模型上，计算顶点B到顶点A所需经过的最短边数，若该个最短 边数的值为1，则顶点B是顶点A的1环邻域点，如果该个最短边数的值为N，则B是A的N 环邻域点。换言之，顶点的N环邻域点是指与顶点的最短拓扑距离为N的顶点，N为不小于 1的自然数。例如，图2中，顶点B是顶点A的4环邻域点，实际上，顶点B到顶点A的拓扑 距离有多个，根据N环邻域点的定义选取最短的拓扑距离。
[004引 FIFO ;First I吨ut First 0u1:put的缩写，先入先出队列。
[0044] 参照图1，本发明提供了一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法，包括：
[0045] S1、读取待操作的修复体模型，同时输入特征点集合；
[0046] S2、将特征点集合中的所有特征点投影到变形曲面，获得每个特征点对应的投影 占. '?、、，
[0047] S3、计算每个投影点对应的变形区域中的每个顶点与该投影点之间的拓扑距离， 进而筛选获得该投影点对应的所有变形点；
[0048] S4、根据密度函数计算变形点的变形向量；
[0049] S5、根据计算出的变形向量对变形点进行变形操作。
[0化日]进一步作为优选的实施方式，所述步骤S2,包括：
[0化1] S21、读取特征点集合中的第一个特征点；
[0化2] S22、遍历修复体模型上的所有顶点后，获得与第一个特征点的距离平方值最小的 顶点作为第一个特征点的投影点；
[0化3] S23、依次读取特征点集合中的其它特征点，W第一个特征点的投影点为中屯、点， 依次遍历中屯、点的N环邻域点，并将该些顶点中与读取的特征点之间的距离平方值最小的 顶点作为该特征点的投影点；
[0054] 其中，N=l，2,3，…，N〇;N。为预设的正整数。
[0化5] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3,包括：
[0056] S31、在每个投影点对应的变形区域中，W该投影点为中心依次遍历该投影点的N 环邻域点，并将所遍历的每个顶点的路径信息均存储到FIFO中；
[0化7] S32、依次从FIFO中读取一个顶点的路径信息后，计算该顶点到其对应的投影点 的拓扑距离，并判断该拓扑距离是否小于或等于变形半径，若是，将该顶点作为投影点的变 形点，否则，将该顶点剔除；
[0化引 S33、重复执行步骤S32,直到FIFO读取完毕后，获得该投影点对应的所有变形点；
[0化9] 其中，所述变形半径是指预设的投影点对应的变形区域的半径，N = 1，2,3，…， Ne;N。为预设的正整数。
[0060] 进一步作为优选的实施方式，所述FIFO的每个数据单元包括四个参数；起点、终 点、投影点与终点的最短路径值W及起点到终点的长度。
[0061] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤S4,包括：
[0062] S41、对每个变形点，根据下式计算其密度函数：
[0063] F(x) = (x2-l)2(x G [0, U)
[0064] 上式中，F(x)表示变形点的密度函数，X = L/R，L表示该变形点到其对应的投影 点的拓扑距离，R表示变形半径；
[00化]S42、根据下式计算变形点的变形向量；
[0066] Vec (pt) = F (X) X (Cnew (vt) -Cold (vt)}
[0067] 上式中，Vec(pt)表示变形点的变形向量，C"6，(vt)表示该变形点对应的投影点， Cdh(^)表示该投影点对应的特征点。
[0068] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤S5,其具体为：
[0069] 根据计算出的变形向量，结合下式对变形点进行变形操作：
[0070] pt' =pt+Vec(pt)
[0071] 上式中，pt代表变形点，pt'代表对变形点进行变形操作后得到的顶点，Vec(pt) 代表变形点的变形向量。
[0072] 下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
[0073] 参照图1，一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法，包括：
[0074] S1、读取待操作的修复体模型，同时输入特征点集合；本实施例中，特征点集合来 源于CAD/CAE系统使用者手动对修复体模型进行调整，或者修复体模型与邻牙适配时产 生；特征点集合可W位于修复体上，也可W不在修复体上；本发明中的修复体即指义齿修 复预备体。
[0075] S2、将特征点集合中的所有特征点投影到变形曲面，获得每个特征点对应的投影 占. '?、、，
[0076] S3、计算每个投影点对应的变形区域中的每个顶点与该投影点之间的拓扑距离， 进而筛选获得该投影点对应的所有变形点；每个投影点对应的变形区域是指W该投影点为 中屯、，W预设半径R的球体与义齿修复体模型相交的区域；
[0077] S4、根据密度函数计算变形点的变形向量；
[007引 S5、根据计算出的变形向量对变形点进行变形操作，其具体如下：
[0079] 根据计算出的变形向量，结合下式对变形点进行变形操作：
[0080] pt' =pt+Vec(pt)
[0081] 上式中，pt代表变形点，pt'代表对变形点进行变形操作后得到的顶点，Vec(pt) 代表变形点的变形向量。
[0082] 参照图3,步骤S2,具体包括S21?S23 ;
[0083] S21、读取特征点集合中的第一个特征点TO ;
[0084] S22、遍历修复体模型上的所有顶点后，获得与第一个特征点TO的距离平方值最 小的顶点P0作为第一个特征点TO的投影点；
[0085] S23、依次读取特征点集合中的其它特征点Tx，W第一个特征点TO的投影点PO为 中屯、点，依次遍历中屯、点P0的N环邻域点，并将该些顶点中与读取的特征点Tx之间的距离 平方值最小的顶点Px作为该特征点的投影点；Tx指T1，T2, T3, T4…；
[0086] 其中，N=l，2,3，…，N〇;N。为预设的正整数。
[0087] 图3中，T0, T1，T2, T3, T4…均表示特征点，图3中第一圈加粗线上的顶点表示P0 的1环邻域点，第二圈加粗线上的顶点表示P0的2环邻域点。
[008引依次遍历中屯、点P0的N环邻域点的过程如下；依次遍历中屯、点P0的所有1环邻 域点后，遍历中屯、点的2环邻域点，遍历完后再遍历中屯、点的3环邻域点，…最后遍历中屯、 点的N。环邻域点。
[0089] 步骤S21?S23中获得特征点的投影点的方法，只需要将第一个特征点TO与修复 体模型上的所有顶点进行对比，而其他特征点T1，T2，T3,…在拓扑结构上有一定的聚集关 系，所W查找到第一个特征点TO的投影点P0后只需W P0作为中屯、点向外遍历中屯、点的N 环邻域捜索其他特征点对应的投影点，无需遍历修复体模型的所有顶点，大大减少了计算 量，提升了获取特征点的投影点的效率。
[0090] 步骤S3,具体包括S31?S33 ;
[0091] S31、在每个投影点对应的变形区域中，W该投影点为中屯、，依次遍历该投影点的N 环邻域点，即依次遍历的1环邻域点，2环邻域点，…，N。环邻域点，遍历过程中并将所遍历 的每个顶点的路径信息均存储到FIFO中；该里，每个顶点的路径信息指该顶点到投影点的 最短路径；
[0092] S32、依次从FIFO中读取一个顶点的路径信息后，计算该顶点到其对应的投影点 的拓扑距离L并判断该拓扑距离L是否小于或等于变形半径R，若是，将该顶点作为投影点 的变形点，否则，将该顶点剔除；换句话说，即剔除掉L > R的顶点；
[0093] S33、重复执行步骤S32,直到FIFO读取完毕后，获得该投影点对应的所有变形点；
[0094] 其中，所述变形半径是指预设的投影点对应的变形区域的半径，N = 1，2,3,…， Ne;N。为预设的正整数。
[0095] 本实施例中，每个投影点均独立使用一个FIFO进行数据读写。图4中所示的拓扑 结构中，A为投影点，B、C、D、E、F、G分别为投影点A在其对应的变形区域中的1环邻域点 或2环邻域点，执行步骤S31对图4中的顶点进行遍历后，获得的FIFO模型如图5所示，该 模型中，FIFO的每个数据单元包括四个参数；起点、终点、投影点与终点的最短路径值W及 起点到终点的长度，即FIFO的数据单元为一个结构体，定义为：
[0096]
【权利要求】
1. 一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法，其特征在于，包括： 51、 读取待操作的修复体模型，同时输入特征点集合； 52、 将特征点集合中的所有特征点投影到变形曲面，获得每个特征点对应的投影点； 53、 计算每个投影点对应的变形区域中的每个顶点与该投影点之间的拓扑距离，进而 筛选获得该投影点对应的所有变形点； 54、 根据密度函数计算变形点的变形向量； 55、 根据计算出的变形向量对变形点进行变形操作。
2. 根据权利要求1所述的一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法，其特征在 于，所述步骤S2,包括： 521、 读取特征点集合中的第一个特征点； 522、 遍历修复体模型上的所有顶点后，获得与第一个特征点的距离平方值最小的顶点 作为第一个特征点的投影点； 523、 依次读取特征点集合中的其它特征点，以第一个特征点的投影点为中心点，依次 遍历中心点的N环邻域点，并将这些顶点中与读取的特征点之间的距离平方值最小的顶点 作为该特征点的投影点； 其中，N=l，2,3，…，NQ;NQ为预设的正整数。
3. 根据权利要求1所述的一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法，其特征在 于，所述步骤S3,包括： 531、 在每个投影点对应的变形区域中，以该投影点为中心，依次遍历该投影点的N环 邻域点，并将所遍历的每个顶点的路径信息均存储到FIFO中； 532、 依次从FIFO中读取一个顶点的路径信息后，计算该顶点到其对应的投影点的拓 扑距离，并判断该拓扑距离是否小于或等于变形半径，若是，将该顶点作为投影点的变形 点，否则，将该顶点剔除； 533、 重复执行步骤S32,直到FIFO读取完毕后，获得该投影点对应的所有变形点； 其中，所述变形半径是指预设的投影点对应的变形区域的半径，N = 1，2,3,…， 为预设的正整数。
4. 根据权利要求3所述的一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法，其特征在 于，所述FIFO的每个数据单元包括四个参数：起点、终点、投影点与终点的最短路径值以及 起点到终点的长度。
5. 根据权利要求1所述的一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法，其特征在 于，所述步骤S4,包括： 541、 对每个变形点，根据下式计算其密度函数： F(x) = (x2-l)2(x G [0,1]) 上式中，F(x)表示变形点的密度函数，x = L/R，L表示该变形点到其对应的投影点的 拓扑距离，R表示变形半径； 542、 根据下式计算变形点的变形向量： Vec(pt) =F(x) ? {Cnew (vt)-Cold (vt)} 上式中，Vec(pt)表示变形点的变形向量，CnOT(vt)表示该变形点对应的投影点， Cold(vt)表示该投影点对应的特征点。
6.根据权利要求5所述的一种基于特征点的义齿修复表面快速变形方法，其特征在 于，所述步骤S5,其具体为： 根据计算出的变形向量，结合下式对变形点进行变形操作： pt，= pt+Vec (pt) 上式中，Pt代表变形点，pt'代表对变形点进行变形操作后得到的顶点，Vec(pt)代表 变形点的变形向量。
【文档编号】G06T5/00GK104504665SQ201410841521
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月26日 优先权日:2014年12月26日
【发明者】王煜, 张继伟, 夏鸿建, 马杰, 孙秦英 申请人:佛山市诺威科技有限公司