CN106504318B - 一种用于无托槽正畸的牙龈生成方法 - Google Patents

一种用于无托槽正畸的牙龈生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及三维图像处理技术领域，尤其涉及一种用于无托槽正畸的牙龈生成方法，包括如下步骤：(1)设定牙齿模型的正方向并将模型正置；(2)对牙齿模型进行扫描得到牙齿模型的三维模型，切分三维模型中需要保留的牙龈及牙齿部分，并顺序保存切分边缘；(3)将所有切分边缘上的点分别沿Z轴负方向或Z轴负方向在该边缘上的点的投影方向延伸，获得与指定底面的交点，从而得到牙龈底面的轮廓线；(4)在牙龈底面的轮廓线上均匀采样，从而得到牙龈底面的宽度和牙龈底面至切分边缘的距离，计算层数；(5)计算底面的采样点数，根据步骤四的计算结果依次生成每一层的轮廓点；(6)将各层的轮廓点重新构成三角片曲面即得到牙龈。本发明的方法既可以保持关键部位牙龈原有的形态，又可以尽可能的减少三角片数量，降低模型的大小。

Description

一种用于无托槽正畸的牙龈生成方法
技术领域
本发明涉及三维图像处理技术领域，尤其涉及一种用于无托槽正畸的牙龈生成方法。
背景技术
在无托槽隐形正畸当中，牙齿三维数据被传入计算机进行虚拟排齐；在这一过程和后续的3D打印当中，虚拟牙龈为牙齿提供支撑。
在目前常见的产品当中，主流使用的有两种牙龈生成方案：虚拟模型和完全真实模型。虚拟模型是根据用户在牙齿上标记的关键点或牙龈线完全重新生成牙龈形态的一种方法，优势在于三角片数量和形状可控，但由于完全与患者的真实牙龈无关，医生无法观察患者的牙龈及牙周健康情况。另外，当患者牙龈情况比较特殊时，可能发生矫治器挤压或戳刺牙龈，导致患者佩戴不适的情况。完全真实模型是直接将患者的石膏模型转换为虚拟牙龈的一种方法，简单便捷，且真实的反映了患者的牙龈情况，避免了矫治器挤压患者牙龈的情况发生，但一般石膏模型的体积较大(如配有基座则更大)，造成三角片数量急速增长，且三角片形态无法预估，可能产生意料之外的错误。
对于无托槽隐形正畸而言，比较有保留价值的是牙齿根部附近小片区域的牙龈形态，因此本文提出一种真实与虚拟混合方法构造的牙龈三维模型。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于无托槽正畸的牙龈生成方法，该方法采用真实与虚拟混合方法构造牙龈的三维模型，既可以保持关键部位牙龈原有的形态，又可以尽可能的减少三角片数量，降低模型的大小。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于无托槽正畸的牙龈生成方法，包括如下步骤：
(1)对牙齿模型进行扫描得到牙齿模型的三维模型，设定牙齿模型的正方向并将模型正置；
(2)切分三维模型中需要保留的牙龈及牙齿部分，并顺序保存切分边缘；
(3)将所有切分边缘上的点分别沿Z轴负方向或Z轴负方向在该边缘上的点的投影方向延伸，获得与指定底面的交点，从而得到牙龈底面的轮廓线；
(4)在牙龈底面的轮廓线上均匀采样，从而得到牙龈底面的采样宽度和牙龈底面至切分边缘的平均距离，计算层数；
(5)计算底面的采样点数，根据步骤四的计算结果依次生成每一层的轮廓点；
(6)将各层的轮廓点重新构成三角片曲面即得到牙龈。
优选地，所述步骤(3)之后，步骤(4)之前还包括步骤(31)对步骤(3)中得到的牙龈底面的轮廓线进行光顺处理。所述步骤(31)中的光顺处理的方法为：利用离散函数的傅里叶展开方法，保留前N项，实现轮廓线光顺，其中N为大于等于1的整数。
优选地，所述步骤(4)之后，步骤(5)之前还包括步骤(41)重新对牙龈底面的轮廓线进行采样。
优选地，所述的步骤(5)之后，步骤(6)之前还包括步骤(51)采用贝塞尔曲线或直线连接牙龈底面和相对应的每一层上的轮廓点，并根据层高在曲线上采样。
优选地，所述步骤(6)之后还包括步骤(61)对步骤(6)中的连接处进行光滑处理。所述步骤(61)中所述的光滑处理采用拉普拉斯平滑处理的方法。所述拉普拉斯平滑处理的具体步骤为：
(611)将曲面连接部分选取为待平滑区域；
(612)对于待平滑区域中的各个点，获取其周围直接相连的点的坐标，并求取平均值，作为该点的优化位置；
(613)更新相关区域的法向信息。
本发明的用于无托槽正畸的牙龈生成方法，利用该方法生成的牙龈，保留了有价值的牙根附近小片区域的牙龈形态，能够使得医生观察患者的牙龈及牙周的健康情况，即使患者牙龈情况比较特殊，也不会导致患者佩戴不适或者矫治器挤压或戳刺牙龈的情况。另外，采用虚拟的方法将另外的牙龈补齐，则尽可能减少了三角片数量的急速增长，降低了模型的大小。本发明的牙龈生成方法在实际的操作中使用起来非常的方便实用。
附图说明
图1为切分后的三维模型示意图；
图2为最终的牙龈三维模型示意图。
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。
实施例1
一种用于无托槽正畸的牙龈生成方法，包括如下步骤：
(1)对牙齿模型进行扫描得到牙齿模型的三维模型，设定牙齿模型的正方向并将模型正置；如果部分型号的三维扫描仪自带调整功能，则可省略将牙齿模型正置的步骤。
(2)切分三维模型中需要保留的牙龈及牙齿部分，并顺序保存切分边缘；经过该步骤的操作可得到具有保留价值的的牙根附近小片区域的牙龈形态，方便医生观察患者的牙龈及牙周的健康情况。
(3)将所有切分边缘上的点分别沿Z轴负方向或Z轴负方向在该边缘上的点的投影方向延伸，获得与指定底面的交点，从而得到牙龈底面的轮廓线；其中底面一般是由切分边缘最下面的一个点再向下延伸一端距离得到的，这个距离可以根据生产需要进行调整。
(4)在牙龈底面的轮廓线上均匀采样，从而得到牙龈底面的采样宽度和牙龈底面至切分边缘的平均距离，计算层数；切分三维模型中需要保留的牙龈及牙齿部分得到的切分边缘并不是光滑的，而是高低不平的，因此牙龈底面的轮廓线上的采样点到对应切分边缘上的点的距离也不是不同的，因此牙龈底面至切分边缘的距离是一个平均值，得到平均值后，除以平均采样宽度，取整即得到层数。
(5)计算底面的采样点数，根据步骤四的计算结果依次生成每一层的轮廓点；
(6)将各层的轮廓点重新构成三角片曲面即得到牙龈。
实施例1的方法采用真实与虚拟混合方法构造牙龈的三维模型，既可以保持关键部位牙龈原有的形态，又可以尽可能的减少三角片数量，降低模型的大小。
实施例2
一种用于无托槽正畸的牙龈生成方法，包括如下步骤：
(1)对牙齿模型进行扫描得到牙齿模型的三维模型，设定牙齿模型的正方向并将模型正置；
(2)切分三维模型中需要保留的牙龈及牙齿部分，并顺序保存切分边缘；
(3)将所有切分边缘上的点分别沿Z轴负方向或Z轴负方向在该边缘上的点的投影方向延伸，获得与指定底面的交点，从而得到牙龈底面的轮廓线；
(4)在牙龈底面的轮廓线上均匀采样，从而得到牙龈底面的采样宽度和牙龈底面至切分边缘的平均距离，计算层数；
(5)计算底面的采样点数，根据步骤四的计算结果依次生成每一层的轮廓点；
(6)将各层的轮廓点重新构成三角片曲面即得到牙龈。
其中，所述步骤(3)之后，步骤(4)之前还包括步骤(31)对步骤(3)中得到的牙龈底面的轮廓线进行光顺处理。所述步骤(31)中的光顺处理的方法为：利用离散函数的傅里叶展开方法，保留前N项，实现轮廓线光顺，其中N为大于等于1的整数。因为后面的处理中有很多数据是根据牙龈底面的轮廓线得到的，将牙龈底面的轮廓线进行光顺处理后，最终得到的牙龈效果会更好。
其中，所述步骤(4)之后，步骤(5)之前还包括步骤(41)重新对牙龈底面的轮廓线进行采样。接下来的步骤(5)是要生成每一层的轮廓点，因此可根据所要达到的效果，重新对牙龈底面的轮廓线进行采样，加密或稀疏采样点可得到不同精度的结果。
其中，所述的步骤(5)之后，步骤(6)之前还包括步骤(51)采用贝塞尔曲线或直线连接牙龈底面和相对应的每一层上的轮廓点，并根据层高在曲线上采样。根据需要，可以逐层增加/减少采样点，具体方法是间隔采样或在原采样点中间继续采样。
其中，所述步骤(6)之后还包括步骤(61)对步骤(6)中的连接处进行光滑处理。所述步骤(61)中所述的光滑处理采用拉普拉斯平滑处理的方法。所述拉普拉斯平滑处理的具体步骤为：
(611)将曲面连接部分选取为待平滑区域；
(612)对于待平滑区域中的各个点，获取其周围直接相连的点的坐标，并求取平均值，作为该点的优化位置；
(613)更新相关区域的法向信息。
光顺处理后能够得到效果比较好的虚拟牙龈。

Claims (8)

1.一种用于无托槽正畸的牙龈生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对牙齿模型进行扫描得到牙齿模型的三维模型，设定牙齿模型的正方向并将模型正置；
(2)切分三维模型中需要保留的牙龈及牙齿部分，并顺序保存切分边缘；
(3)将所有切分边缘上的点分别沿Z轴负方向或Z轴负方向在该边缘上的点的投影方向延伸，获得与指定底面的交点，从而得到牙龈底面的轮廓线；
(4)在牙龈底面的轮廓线上均匀采样，从而得到牙龈底面的采样宽度和牙龈底面至切分边缘的平均距离，计算层数；
(5)计算底面的采样点数，根据步骤四的计算结果依次生成每一层的轮廓点；
(6)将各层的轮廓点重新构成三角片曲面即得到牙龈。
2.根据权利要求1所述的用于无托槽正畸的牙龈生成方法，其特征在于：所述步骤(3)之后，步骤(4)之前还包括步骤(31)对步骤(3)中得到的牙龈底面的轮廓线进行光顺处理。
3.根据权利要求2所述的用于无托槽正畸的牙龈生成方法，其特征在于，所述步骤(31)中的光顺处理的方法为：利用离散函数的傅里叶展开方法，保留前N项，实现轮廓线光顺，其中N为大于等于1的整数。
4.根据权利要求1所述的用于无托槽正畸的牙龈生成方法，其特征在于：所述步骤(4)之后，步骤(5)之前还包括步骤(41)重新对牙龈底面的轮廓线进行采样。
5.根据权利要求1所述的用于无托槽正畸的牙龈生成方法，其特征在于：所述的步骤(5)之后，步骤(6)之前还包括步骤(51)采用贝塞尔曲线或直线连接牙龈底面和相对应的每一层上的轮廓点，并根据层高在曲线上采样。
6.根据权利要求1所述的用于无托槽正畸的牙龈生成方法，其特征在于：所述步骤(6)之后还包括步骤(61)对步骤(6)中的连接处进行光滑处理。
7.根据权利要求6所述的用于无托槽正畸的牙龈生成方法，其特征在于：所述步骤(61)中所述的光滑处理采用拉普拉斯平滑处理的方法。
8.根据权利要求7所述的用于无托槽正畸的牙龈生成方法，其特征在于：所述拉普拉斯平滑处理的具体步骤为：
(611)将曲面连接部分选取为待平滑区域；
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