CN106204688A - 一种牙弓曲线生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种牙弓曲线生成方法，包括以下步骤：生成颌平面，并对颌平面进行调整；在颌平面上确定曲线目标点，生成初始牙弓曲线；根据上述初始牙弓曲线目标点，生成曲线控制点；调整目标点和控制点，生成目标牙弓曲线；本发明方法可以在生成牙弓曲线过程中可以整体移动、旋转，保证移动的方向和长度完全一致，不会破坏牙弓曲线形态，且控制实现简单，有效提高牙弓曲线生成效率与精度，为医生和技工交流方案中的牙齿最终位置提供准确的数据依据，具有广泛的应用前景与价值。

Description

一种牙弓曲线生成方法

技术领域

本发明涉及牙齿正畸技术领域,具体涉及一种牙弓曲线生成方法。

背景技术

牙弓曲线是与牙列相切的一条理想曲线。因为患者的牙弓形态往往不正常，需要设计新的牙弓曲线，牙弓曲线的拟合和生成在辅助矫正设计和模拟排牙试验中有较重要的意义。

在目前市面上比较常用的生成牙弓曲线的方法是通过在颌平面上点击若干关键点，并使用Bezier曲线将这些点直接连接，生成牙弓曲线。这种方法存在以下缺陷：1）、无法整体移动：需要移动牙弓曲线时，仅能逐个移动指定的顶点，操作繁琐、效率低下，逐个点移动时无法保证移动的方向与长度完全一致，从而破环原有曲线的形态；2）、无法保证对称：因为牙弓曲线是一条理想曲线，反映了矫治的目标位置，故而在大多数情况下，牙弓曲线设计为左右对称的形态，目前的方法仅凭用户通过点击确定关键点，无法保证左右对称。

上述缺陷使得牙弓曲线的参考价值不足，不能为医生和技工交流方案中的牙齿最终位置提供有效的数据依据和支持，这样对患者后期的矫治效果会产生很大影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中牙弓曲线生成方法操作繁琐、生成过程中无法整体移动、且不能保证对称，严重影响后期矫治效果等缺陷，提出一种通过计算机实现牙弓曲线生成的方法，用于隐形正畸矫治过程中，曲线生成过程中可以整体拖动和旋转，操作方便，且为拥挤度计算、横截面显示的其他功能提供支持。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种牙弓曲线生成方法，包括以下步骤：S1、生成颌平面，并对颌平面进行调整；S2、在颌平面上确定曲线目标点，生成初始牙弓曲线；S3、根据上述初始牙弓曲线目标点，生成曲线控制点；S4、调整目标点和控制点，生成目标牙弓曲线。

进一步的，所述步骤S4中，生成目标牙弓曲线的过程如下：S41、记录初始点击位置；S42、判断所点击的点的属性；S43、记录结束点击位置，根据初始点击位置和结束点击位置得到对应的矩阵；S44、根据所述矩阵更新曲线，重复执行上述步骤，直到生成目标牙弓曲线。

进一步的，所述步骤S2中生成初始牙弓曲线包括以下步骤：S21、在颌平面上，首先确定目标点：所述目标点包括路径点与对称点，所述路径点包括牙弓曲线起始点、牙弓曲线同侧直线部分终点、牙弓曲线中点，所述对称点位于牙弓曲线中点的正下方，与牙弓曲线中点形成牙弓曲线左右对称线；S22、将上述确定的牙弓曲线起始点、牙弓曲线同侧直线部分终点沿对称线投影至对侧分别生成对应的另外两个路径点，最终生成初始牙弓曲线。

进一步的，步骤S3中所述控制点包括曲线整体旋转控制点、曲线整体平移控制点、曲线形状控制点。

进一步的，步骤S4中，在生成最终牙弓曲线的过程中，包括对称和非对称两种选择方式，可根据实际情况确定，满足不同用户需求。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明采用全新的牙弓曲线设计思路，从用户及患者角度出发，首先在上/下颌牙列上选点，精确的确定颌平面的位置，对后续牙弓曲线生成起到关键作用；然后在颌平面上根据本发明设计思路确定目标点，生成初始牙弓曲线；根据目标点确定控制点，牙弓曲线生成过程中可以整体移动、旋转，且有效保证移动的方向和长度完全一致，控制实现简单，提高牙弓曲线生成效率与精度，为医生和技工交流方案中的牙齿最终位置提供准确的数据依据。

附图说明

图1是本发明实施例中牙弓曲线生成流程图；

图2为实施例中所确定的A、B、C、D四个目标点示意图；

图3为实施例中初始牙弓曲线参考图；

图4为在图3基础上生成的所述控制点的参考图；

图5为图1中步骤S4实现过程的流程参考图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

本发明提供一种牙弓曲线生成方法，应用于隐形正畸矫治，由技工设计，为医生和技工交流方案中的牙齿最终位置提供准确的数据依据，下面结合具体实施例对本发明做进一步地说明。

参考图1，一种牙弓曲线生成方法，包括以下步骤：S1、生成颌平面，并对颌平面进行调整；S2、在颌平面上确定曲线目标点，生成初始牙弓曲线；S3、根据上述初始牙弓曲线目标点，生成曲线控制点；S4、调整目标点和控制点，生成目标牙弓曲线。

具体的实现过程如下：牙弓曲线位于颌平面上，由直-弯-直三部分组成，也可根据需要，设计和调整是否左右对称。

首先，通过三维扫描仪获取牙齿模型的三维数据，输入系统后在上/下颌牙列上双击选取三个点，生成颌平面（理论上应为上颌中切牙的近中邻接点和双侧第一磨牙的近中颊尖顶，三个点确定的一个假想平面）。点击三点生成颌平面后，通过拖动颌平面关键点来调整平面的位置和法向。颌平面是虚拟矫治过程中一个重要的参考数据。在本实施例中，牙弓曲线位于颌平面上，精确的确定颌平面对后续牙弓曲线生成起到关键作用。

确定颌平面后，在颌平面上依次双击四点，参考图2中A、B、C、D四点（实际曲线不存在，为了便于理解与观察而画上曲线）， 其中A为牙弓曲线起始点，B为牙弓曲线同侧直线部分终点，C为牙弓曲线中点，D与C点形成弓形对称线，由于牙弓曲线是一条理想曲线，以上点皆为目标点，实际操作过程中，需要根据实际的牙齿模型确定，目标点相对实际牙齿的位置并没有具体的规则；

参考图3，根据给上述A、B、C、D四个目标点，由C、D两点形成对称线CD，将A、B两点沿对称线投影至对侧分别生成A'、B'两个目标点，AB、A'B'分别形成直线，BCB'三点以Bezier曲线连接形成曲线，点B处的切线方向为直线BA方向，点B’处切线方向为直线B’A’方向，生成初始牙弓曲线。

为了便于对牙弓曲线进行调整和控制，使生成的牙弓曲线对后期矫治、排牙等提供更加准确的数据支持，本实施例中，在确定图3中的六个目标点后，生成曲线控制点，所述控制点包括曲线整体旋转控制点、曲线整体平移控制点、曲线形状控制点，根据如下规则将他们转换为图4中的十一个点，：

图3中所述的A，B，C，B’，A’五点分别对应图4中的1，2，3，4，5五点，本实施例以下描述中称之为曲线路径点，反应牙弓曲线经过的路径；按照Bezier曲线BC的控制点，生成点6和点8（曲线BC控制点）；按照Bezier曲线CB'的控制点，生成点7和点9（曲线CB'控制点）；本实施例称6-9点为曲线形状控制点，为了更加准确的对曲线进行调整和控制，提高生成效率，生成4个曲线形状控制点；点D对应位置生成点11，为牙弓曲线整体旋转控制点，通过旋转控制点11可以使牙弓曲线进行整体旋转，保证对称，操作明显方便高效，使牙弓曲线具有更高的参考价值；点C与点D的中点位置生成点10，为牙弓曲线整体平移控制点，通过平移控制点10使牙弓曲线整体平移，提高了效率，且有效保证移动的方向和长度完全一致，保持原有曲线的形态。

根据图4中的目标点和控制点，如根据1-5号路径点直接调整牙弓曲线的路径走向；6-9号曲线形状控制点可以调节曲线的切向，控制曲线的形态；10号曲线整体平移控制点可以控制牙弓曲线的整体位置移动，11号曲线整体旋转控制点可以调整牙弓曲线以10号点的位置为中心进行旋转。

具体的牙弓曲线调整控制流程如图5所示：S41、记录初始点击位置；S42、判断所点击的点的属性；S43、记录结束点击位置，根据初始点击位置和结束点击位置得到对应的矩阵；S44、根据所述矩阵更新曲线，重复执行上述步骤，直到生成目标牙弓曲线。具体原理如下：

点击任意一点时，系统将判定点击的顶点标号并记录鼠标按键点下的初始位置及抬起的结束位置，并根据点击的顶点进行以下操作：

1）点击1-5号路径点，系统根据记录的鼠标按键点下的初始位置及抬起的结束位置计算出对应平移矩阵，将平移矩阵应用至选中的顶点，使得顶点移动至鼠标抬起的位置，并更新曲线。这种操作使得曲线路径点发生变化，主要用于改变曲线的起止点位置。

2）点击6-9号曲线形状控制点，系统根据记录的鼠标按键点下的初始位置及抬起的结束位置计算出对应平移矩阵，将平移矩阵应用至选中的控制点，使得控制点移动至鼠标抬起的位置，并更新曲线。这种操作使得Bezier曲线的控制点发生变化，主要用于在不改变当前曲线起止点的条件下，改变曲线的弯曲程度。

3）点击10号曲线整体平移控制点，系统根据记录的鼠标按键点下的初始位置及抬起的结束位置计算出对应平移矩阵，将平移矩阵应用至全部点，使得整个曲线向鼠标偏移的方向整体平移，并更新曲线。这种操作使得曲线整体位置发生移动。

4）点击11号整体旋转控制点，系统根据记录的鼠标按键点下的初始位置及抬起的结束位置，以顶点10为中心，计算由顶点10和初始位置所成轴与顶点10和结束位置所成轴的夹角，并据此计算对应的旋转矩阵，将所得矩阵应用至全部点，使得整个曲线以顶点10为中心，向鼠标偏移的方向发生整体旋转，并更新曲线。这种操作主要用于曲线的整体角度变化，这样通过处理，最终得到理想的牙弓曲线。

当然，本实施例中，在右键菜单中，可以控制牙弓曲线是否沿中心线（3-11号点连线）对称，若选择为是，则在移动一侧的控制点时，另一侧的控制点也会根据对称线做相反的运动。（3与点11连线下文简称对称轴），开启对称选项后，各顶点移动遵从如下原理：1）移动顶点1，2或8时，顶点5，4或9会以对称轴分别对应的做镜像移动，反之亦然；2）点6及点7，由于需要保持对称及曲线切向连续，故在对称模式下，点6及点7仅允许在与对称轴垂直的方向上运动，发生运动时，对应的点会以对称轴做镜像运动；3）点3，由于需要保持对称，故在对称模式下，点3仅允许在对称轴方向上运动；4）点10与点11的运动不受对称模式的限制。

当然，在实际处理过程中，由于不同地区的人的骨骼形态不同，牙弓曲线也不同，本实施例可以根据实际情况调整曲线的形态，可以将AB重合，使牙弓曲线整体为曲线，操作方便，方便生成各种类型的牙弓曲线，同时也为拥挤度计算、横截面显示等其他功能提供支持。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种牙弓曲线生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、生成颌平面，并对颌平面进行调整；

S2、在颌平面上确定曲线目标点，生成初始牙弓曲线；

S3、根据上述初始牙弓曲线目标点，生成曲线控制点；

S4、调整目标点和控制点，生成目标牙弓曲线。

2.根据权利要求1所述的牙弓曲线生成方法，其特征在于：所述步骤S4中，生成目标牙弓曲线的过程如下：

S41、记录初始点击位置；

S42、判断所点击的点的属性；

S43、记录结束点击位置，根据初始点击位置和结束点击位置得到对应的矩阵；

S44、根据所述矩阵更新曲线，重复执行上述步骤，直到生成目标牙弓曲线。

3.根据权利要求1所述的牙弓曲线生成方法，其特征在于：所述步骤S2中生成初始牙弓曲线包括以下步骤：

S21、在颌平面上，首先确定目标点：所述目标点包括路径点与对称点，所述路径点包括牙弓曲线起始点、牙弓曲线同侧直线部分终点、牙弓曲线中点，所述对称点位于牙弓曲线中点的正下方，与牙弓曲线中点形成牙弓曲线左右对称线；

S22、将上述确定的牙弓曲线起始点、牙弓曲线同侧直线部分终点沿对称线投影至对侧分别生成对应的另外两个路径点，最终生成初始牙弓曲线。

4.根据权利要求1所述的牙弓曲线生成方法，其特征在于：步骤S3中所述控制点包括曲线整体旋转控制点、曲线整体平移控制点、曲线形状控制点。

5.根据权利要求1所述的牙弓曲线生成方法，其特征在于：所述步骤S4中，在生成最终牙弓曲线的过程中，包括对称和非对称两种选择方式。