CN105513134B - 基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙齿的生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于三维图像处理技术领域，具体涉及一种基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙齿的生成方法，可以根据真实牙齿模型分割所得到的牙齿曲面以及牙根长度在计算机中为该牙齿曲面生成虚拟牙根，从而得到完整的虚拟牙齿。利用本发明的方法生成的牙齿形态较为饱满，三角面片形状较为规则，大小均匀，对后续曲面简化，变形等操作不会产生负面影响，虽然目前只能生成单根型牙根，但是可以满足矫治软件的显示需求。而且所生成的牙根的精细程度是可控制，可以根据不同的需要进行细化或简化，以适用于不同硬件条件下的设备。

Description

基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙齿的生成方法
技术领域
本发明属于三维图像处理技术领域，具体涉及一种基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙齿的生成方法。
背景技术
牙齿矫治器是一种治疗错颌畸形的装置，可称正畸矫治器。可产生作用力，或是咀嚼肌口周肌的功能作用力通过矫治器使畸形的颌骨、错位牙及牙周支持组织发生变化，以利于牙颌面正常生长发育。矫治器通常是一种富有弹性的金属丝和托槽，或和塑料基托结合的机械性装置，戴在口内或颌面部。
随着时代发展的进迁，此种“铁齿铜牙”的矫治方法已经不适用于大部分对于形象越来越在意的现代人，隐形矫治器问世了。隐形矫治器对病患来说，几乎完全隐形，不影响美观；对牙龈、舌头和前庭黏膜没刺伤，刺激小，舒适；可自快速摘取，便于保持口腔卫生；可以预览矫治步骤和结果。对医生来说，满足病患对美观的要求，可预先了解矫治步骤和结果，减少病人复诊和钢丝加力的次数时间，大大减轻了工作强度和工作时间，可以接待更多的病人，可以和固定托槽矫治结合使用。也可和修复治疗联合使用，如先矫治，后修复。定制的隐形矫治器不用金属丝拉紧牙齿，也不会引起口腔内的磨损与不适感，与固定矫治相比，可以减少疼痛感。在治疗期间可以摘下矫治器正常进食，治疗过程中，可以方便的刷牙和剔牙，有效地清除牙垢保持口腔卫生。
本发明提供一种用于隐形矫治器制作的基于模型的虚拟牙根的生成方法。
发明内容
本发明提出一种基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙齿的生成方法，利用本发明的方法可以根据真实牙齿模型分割所得到的牙齿曲面以及牙根长度在计算机中为该牙齿曲面生成虚拟牙根，从而得到完整的虚拟牙齿。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙齿的生成方法，包括如下步骤：
(1)将模型分割所得到的牙齿曲面和牙根长度输入；
(2)对牙齿曲面，取其边缘线
(3)对牙齿曲面边缘线上的点进行采样，求取所有采样点的中心点，并根据牙根长度，获得牙根底端点；
(4)根据牙根底端点、牙齿曲面的边缘线上的采样点以及该采样点附近的方向生成贝塞尔曲线，并对其进行采样；
(5)将步骤(4)中采样所得到的点集生成虚拟牙根，牙齿曲面与牙根组合形成虚拟牙齿。
其中，所述步骤(1)之后，步骤(2)之前还包括步骤(21)对输入的牙齿曲面的边缘进行光顺处理。
其中，所述步骤(3)之后，步骤(4)之前还包括步骤(31)对边缘线上的采样点向该采样点附近的方向延展一小段距离，并以所获得的新的点集为基础，生成一条贝塞尔曲线构成新的牙齿曲面的边缘线，并对其进行采样，求取所有采样点的中心点，并根据牙根长度，重新获得牙根底端点。
本发明的基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙齿的生成方法，可以根据真实牙齿模型分割所得到的牙齿曲面以及牙根长度在计算机中为该牙齿曲面生成虚拟牙根，从而得到完整的虚拟牙齿。利用本发明的方法生成的牙齿形态较为饱满，三角面片形状较为规则，大小均匀，对后续曲面简化，变形等操作不会产生负面影响，虽然目前只能生成单根型牙根，但是可以满足矫治软件的显示需求。而且所生成的牙根的精细程度是可控制，可以根据不同的需要进行细化或简化，以适用于不同硬件条件下的设备。
附图说明
图1为输入的待处理的牙齿曲面；
图2为根据牙根底端点、牙齿曲面的边缘线上的采样点以及该采样点附近的方向生成贝塞尔曲线的示意图；
图3为最终生成的虚拟牙齿示意图；
其中：1-牙齿曲面的边缘线上的采样点；2-牙根底端点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的描述。
基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙齿的生成方法，包括如下步骤：
(1)将模型分割所得到的牙齿曲面和牙根长度输入；
(2)对牙齿曲面，取其边缘线
(3)对牙齿曲面边缘线上的点进行采样，求取所有采样点的中心点，并根据牙根长度，获得牙根底端点；
(4)根据牙根底端点、牙齿曲面的边缘线上的采样点以及该采样点附近的方向生成贝塞尔曲线，并对其进行采样；
(5)将步骤(4)中采样所得到的点集生成虚拟牙根，牙齿曲面与牙根组合形成虚拟牙齿。
其中，所述步骤(1)之后，步骤(2)之前还包括步骤(21)对输入的牙齿曲面的边缘进行光顺处理。
其中，所述步骤(3)之后，步骤(4)之前还包括步骤(31)对边缘线上的采样点向该采样点附近的方向延展一小段距离，并以所获得的新的点集为基础，生成一条贝塞尔曲线构成新的牙齿曲面的边缘线，并对其进行采样，求取所有采样点的中心点，并根据牙根长度，重新获得牙根底端点。
本发明所输入的牙齿曲面是对牙齿模型进行扫描得到的，牙齿模型通常包括牙齿和牙龈，因此对模型扫描后，还要对牙龈以及单颗牙齿进行分割才能得到单颗牙齿曲面。由于计算机不能直接得表达曲面，因此分割后所得到的牙齿曲面在计算机中是由三角形面片模拟而成的。
首先将模型分割所得到的牙齿曲面和牙根长度输入。此处牙根长度是指牙齿中心点到牙根尖点的长度，是在在本方法中的定义，并不是医学上的定义。
此时，可先对于输入的牙齿曲面，进行光顺处理。由于输入的牙齿曲面是分割后得到的，边缘肯定是不光滑的，而且将牙齿曲面输入计算机后，计算机是用三角面片的形式对曲面进行表达的，因此所述的光顺处理指的是将曲面边缘处与曲面只有一个连接点的三角面片去掉。
然后，对牙齿曲面，取其边缘线，并对牙齿曲面边缘线上的点进行采样，求取所有采样点的中心点，并根据牙根长度，获得牙根底端点。
对边缘线上的点进行采样。因为牙齿曲面是由三角面片模拟而成的，所以得到的牙齿曲面边缘线在空间上呈锯齿状，不平滑，因此，此时可对边缘线上的采样点向该采样点附近的方向延展一小段距离，大约0.3-0.5mm，并以所获得的新的点集为基础，生成一条贝塞尔曲线构成新的牙齿曲面的边缘线，并对其进行采样，求取所有采样点的中心点，并根据牙根长度，重新获得牙根底端点。
此处所述的该采样点附近的方向指的是这样一个方向，取该采样点所在的三角面片S的法向方向，在该法向方向上取一段线段，设为向量向量与S的交点设为P0，同时设牙根底端点为P1，连接P0和P1，设为向量则该采样点附近的方向为的方向。如果该采样点同时属于多个三角面片，可以取该采样点在各个三角面片上的附近方向的平均值为该采样点附近的方向。
根据牙根底端点、牙齿曲面的边缘线上的采样点以及该采样点附近的方向生成贝塞尔曲线，并对其进行采样，根据采样点集生成虚拟牙根。通常是选取点集中相邻位置的三个点，并将三个点进行连接生成一个三角面片，依次类推，从而可生成虚拟牙根，牙齿曲面与牙根组合形成虚拟牙齿。

Claims (1)

1.基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙齿的生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将模型分割所得到的牙齿曲面和牙根长度输入；
(2)对牙齿曲面，取其边缘线；
(3)对牙齿曲面边缘线上的点进行采样，求取所有采样点的中心点，并根据牙根长度，获得牙根底端点；其中，牙根长度是指牙齿中心点到牙根尖点的长度；
(4)根据牙根底端点、牙齿曲面的边缘线上的采样点以及该采样点附近的方向生成贝塞尔曲线，并对其进行采样；
(5)将步骤(4)中采样所得到的点集生成虚拟牙根，牙齿曲面与牙根组合形成虚拟牙齿；所述步骤(1)之后，步骤(2)之前还包括步骤(21)对输入的牙齿曲面的边缘进行光顺处理；所述步骤(3)之后，步骤(4)之前还包括步骤(31)对边缘线上的采样点向该采样点附近的方向延展一小段距离，并以所获得的新的点集为基础，生成一条贝塞尔曲线构成新的牙齿曲面的边缘线，并对其进行采样，求取所有采样点的中心点，并根据牙根长度，重新获得牙根底端点，其中，该采样点附近的方向指的是这样一个方向，取该采样点所在的三角面片S的法向方向，在该法向方向上取一段线段，设为向量向量与S的交点设为P0，同时设牙根底端点为P1，连接P0和P1，设为向量则该采样点附近的方向为的方向，如果该采样点同时属于多个三角面片，可以取该采样点在各个三角面片上的附近方向的平均值为该采样点附近的方向；一小段距离是指0.3-0.5mm。
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