CN108629838B - 三维牙冠网格模型的孔洞修补方法及装置 - Google Patents

三维牙冠网格模型的孔洞修补方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种三维牙冠网格模型的孔洞修补方法及装置，涉及口腔技术领域，能够解决现有技术中自动化修补三维牙冠网格模型孔洞准确率低的问题。方法包括：从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度；利用最大后验估计方法，基于特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型；将由目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向三维扫描牙冠模型进行变形；根据变形后的目标三维牙冠网格模型与三维扫描牙冠模型的点对应关系修补三维扫描牙冠模型；对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺获得最终结果。本发明主要适用于自动化修补牙齿孔洞的场景中。

Description

三维牙冠网格模型的孔洞修补方法及装置
技术领域
本发明涉及口腔技术领域，特别是涉及一种三维牙冠网格模型的孔洞修补方法及装置。
背景技术
随着数字化医学的发展，口腔领域也逐渐进入数字化。牙医可以利用扫描仪从患者口内扫描出三维牙齿网格模型，然后利用数字化技术对这些三维牙齿网格模型进行虚拟修补、虚拟排牙等处理，最后根据虚拟处理结果对患者进行牙齿矫正等处理。其中，需要对扫描得到的三维牙齿网格模型进行虚拟修补主要是因为现有扫描技术使得从患者口中扫描出的牙冠两侧存在缺损。
目前对三维牙冠网格模型进行修补的方法主要包括基于局部曲率的修补方法、基于曲线拟合的修补方法以及利用泊松方程进行修补的方法等。然而，利用局部曲率的修补方法需要人工确定孔洞的边界，耗费人力、修补效率低；利用曲线拟合的修补方法以及利用泊松方程的修补方法，虽然无需人机交互，但是却无法准确判断牙冠的长轴和牙冠的左右侧，从而导致修补结果准确率低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供的三维牙冠网格模型的孔洞修补方法及装置，其目的在于解决现有技术中自动化修补三维牙冠网格模型孔洞准确率低的问题。
为了解决上述问题，本发明主要提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种三维牙冠网格模型的孔洞修补方法，所述方法包括：
从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度；
利用最大后验估计方法，基于所述特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型；
将由所述目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向所述三维扫描牙冠模型进行变形，获得变形后的目标三维牙冠网格模型；
根据所述变形后的目标三维牙冠网格模型与所述三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补所述三维扫描牙冠模型；
对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型。
第二方面，本发明提供了一种三维牙冠网格模型的孔洞修补装置，所述装置包括：
获取单元，用于从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度；
构建单元，用于利用最大后验估计方法，基于所述特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型；
变形单元，用于将由所述目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向所述三维扫描牙冠模型进行变形，获得变形后的目标三维牙冠网格模型；
修补单元，用于根据所述变形后的目标三维牙冠网格模型与所述三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补所述三维扫描牙冠模型；
光顺单元，用于对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型。
第三方面，本发明提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行如第一方面所述的三维牙冠网格模型的孔洞修补方法。
第四方面，本发明提供了一种三维牙冠网格模型的孔洞修补装置，所述装置包括存储介质和处理器；
所述处理器，适于实现各指令；
所述存储介质，适于存储多条指令；
所述指令适于由所述处理器加载并执行如第一方面所述的三维牙冠网格模型的孔洞修补方法。
借由上述技术方案，本发明提供的技术方案至少具有下列优点：
本发明提供的三维牙冠网格模型的孔洞修补方法及装置，能够先从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度，然后利用最大后验估计方法，基于该特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型，并将由该目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向该三维扫描牙冠模型进行变形，获得与该三维扫描牙冠模型极为相似的目标三维牙冠网格模型，最后可以使用变形后的目标三维牙冠网格模型作为该三维扫描牙冠模型的修补参考模型进行修补(即可以根据该变形后的目标三维牙冠网格模型与该三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补该三维扫描牙冠模型，并通过对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型)，从而相对于直接在该三维扫描牙冠模型上进行曲线拟合、泊松方程等基于局部几何特征修补的方法更准确，并且整个过程也无需人工参与，修补效率也高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种三维牙冠网格模型的孔洞修补方法的流程图；
图2示出了本发明实施例提供的另一种三维牙冠网格模型的孔洞修补方法的流程图；
图3示出了本发明实施例提供的一种对应点标注示例图；
图4示出了本发明实施例提供的一种三维牙冠网格模型的孔洞修补装置的组成框图；
图5示出了本发明实施例提供的另一种三维牙冠网格模型的孔洞修补装置的组成框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供了一种三维牙冠网格模型的孔洞修补方法，如图1所示，所述方法包括：
101、从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度。
一般情况下，除了4颗智齿，每个人都有28颗牙齿，医学工作者将这28颗牙齿划分为左上、右上、左下和右下四个区域，即4个象限，且每个象限都包括第一切牙、第二切牙、尖牙、第一前磨牙、第二前磨牙、第一后磨牙和第二后磨牙这7颗牙齿，因此可以将一套牙齿划分为这7种牙齿。
为了更准确地对待修补的三维扫描牙冠模型进行孔洞修补，可以先利用已有的、没有孔洞的三维牙齿网格模型构建出与该三维扫描牙冠模型尽可能相似的模型，并将构建出的模型作为参考模型，对该三维扫描牙冠模型进行修补。为了能够构建出与该三维扫描牙冠模型尽可能相似的模型，可以先获得多套同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的三维牙齿网格模型，然后针对每种三维牙齿网格模型进行重要维度(即特定维度)提取，最后可以使用这些重要维度构建出一个新的三维牙齿网格模型。其中，多套三维牙齿网格模型中的同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致是指这7种三维牙齿网格模型中，属于同一种的所有三维牙齿网格模型的拓扑结构相同，且保证拓扑结构相同的目的是为了能够使得提取的特定维度能够组合，以成功构建出一个新的模型。此外，从三维牙齿网格模型中提取特定维度的方法可以是主成分分析法。
102、利用最大后验估计方法，基于所述特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型。
由于特定维度是基于多套三维牙齿网格模型获得的，所以需要构建的与三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型的维度特征也不会超出提取的这些特定维度，因此可以利用最大后验估计方法，来进行模型构建。具体可以详见下述步骤204的详解。
103、将由所述目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向所述三维扫描牙冠模型进行变形，获得变形后的目标三维牙冠网格模型。
由于待修补的模型是牙冠模型，而不包括牙根，所以为了便于将构建的模型作为待修补的三维扫描牙冠模型的参考模型，需要将目标三维牙齿网格模型进行截取操作，将牙根去除，以获得目标三维牙冠网格模型。
另外，由于使用特定维度构建的目标三维牙冠网格模型对三维扫描牙冠模型的贴近程度是比较宏观的，更倾向于整体的贴合情况，而边界部分的相似程度相对差一些，所以需要通过变形操作再次加强两个模型在牙冠边界处的相似程度。其中，变形算法可以采用拉普拉斯变形算法，并以法向投影点作为变形控制点从而进行变形。
104、根据所述变形后的目标三维牙冠网格模型与所述三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补所述三维扫描牙冠模型。
在获得变形后的目标三维牙冠网格模型后，可以将该变形后的目标三维牙冠网格模型作为修补的参考对象，通过两个模型上特定点的对应关系，对待修补的三维扫描牙冠模型进行修补操作。具体可以详见下述步骤206的详解。
105、对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型。
在基于点对应关系，对三维扫描牙冠模型进行修补之后，修补处修补痕迹比较明显，即修补后的三维扫描牙冠模型的网格不光滑，所以需要对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，以获得更加光滑、更加美观的修补结果。其中，网格光顺方法可以采用平均曲率流方法，光顺次数可以根据具体情况而定。
本发明实施例提供的三维牙冠网格模型的孔洞修补方法，能够先从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度，然后利用最大后验估计方法，基于该特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型，并将由该目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向该三维扫描牙冠模型进行变形，获得与该三维扫描牙冠模型极为相似的目标三维牙冠网格模型，最后可以使用变形后的目标三维牙冠网格模型作为该三维扫描牙冠模型的修补参考模型进行修补(即可以根据该变形后的目标三维牙冠网格模型与该三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补该三维扫描牙冠模型，并通过对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型)，从而相对于直接在该三维扫描牙冠模型上进行曲线拟合、泊松方程等基于局部几何特征修补的方法更准确，并且整个过程也无需人工参与，修补效率也高。
进一步的，依据图1所示的方法，本发明的另一个实施例还提供了一种三维牙冠网格模型的孔洞修补方法，如图2所示，所述方法包括：
201、从数据库中获取一套外形符合标准的初始三维牙齿网格模型。
在实际应用中，从不同人口中扫描出的多套三维牙齿网格模型牙齿中同种三维牙齿网格模型的形状存在一定差异，所以同种三维牙齿网格模型的拓扑结构也存在差异，但构建与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型需要拓扑结构相同的多个三维牙齿网格模型的特定向量。因此，需要先获得同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型。
为了获得同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型，可以先从存储有多套初始三维牙齿网格模型的数据库中获取一套外形符合标准(如牙齿比较整齐)的初始三维牙齿网格模型，然后再对这套初始三维牙齿网格模型进行变形，获得多套同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的三维牙齿网格模型。
202、将获取的初始三维牙齿网格模型与所述数据库中的其他套初始三维牙齿网格模型进行配准，并向配准的其他套中初始三维牙齿网格模型进行变形，获得同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型。
其中，配准并变形的算法可以采用CPD(coherent point drift，一致性点漂移)算法。
例如，数据库中存储有31套初始三维牙齿网格模型，可以从中选取1套外形符合标准的初始三维牙齿网格模型，然后将该套初始三维牙齿网格模型与其他30套初始三维牙齿网格模型进行配准，并向配准的初始三维牙齿网格模型进行变形，得到30套同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的三维牙齿网格模型。
203、从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度。
204、利用最大后验估计方法，基于所述特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型。
具体的，在获得三维牙齿网格模型的特定维度后，根据基于所述特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状尽量相似的目标三维牙齿网格模型。使用最大后验估计方法对最优的用于构建模型的形状参数
Figure GDA0003390724400000071
求解公式为：
Figure GDA0003390724400000072
其中，R表示三维扫描牙冠模型，A表示由特定维度而得的用于构建模型的形状参数，p(R|A)是在给定参数A的情况下，其对应的形状的似然函数。p(A)是参数A的先验分布。
对于公式(1)中似然函数p(R|A)的计算方法如下：令ci代表三维扫描牙冠模型上的任一顶点，则
Figure GDA0003390724400000073
其中，wi代表顶点与牙冠边界点的接近程度。
可能会有许多组形状参数所控制的三维牙齿网格模型与欲修补的三维扫描牙冠模型都比较贴近，所以此问题是一个高度无约束求逆问题。可以利用形状参数的先验分布来解决这个问题，也即
Figure GDA0003390724400000081
其中，αi代表形状参数的各个分量，|B|代表形状参数的维度数。
在公式(2)中还存在
Figure GDA0003390724400000082
这个隐变量。因此需要根据当前情况先计算出隐变量
Figure GDA0003390724400000083
再优化求解最大后验问题，如此反复直到收敛或迭代次数达到上限。这个过程也就是EM(最大化期望)算法。也就是说，通过对上述公式(1)进行分析可知，
Figure GDA0003390724400000084
的求解可以转换成下述E、M步的迭代运算，直至获得与待修补的三维扫描牙冠模型形状最接近的目标三维牙齿网格模型。
具体的，E步骤为：这一步需要在固定参数A的情况下，求出隐变量
Figure GDA00033907244000000810
Figure GDA0003390724400000086
其中，
Figure GDA0003390724400000087
是当前三维牙齿网格模型上的顶点。
M步骤为：这一步是在固定隐变量
Figure GDA0003390724400000088
的情况下，对参数A进行优化求解。
Figure GDA0003390724400000089
其中，求解A所采用的优化算法可以为L-BFGS算法。
综上所述，本步骤的具体实现方式可以为：先计算所述三维扫描牙冠模型上的顶点到由所述特定维度构建的当前三维牙齿网格模型上顶点的最小距离；然后根据所述最小距离，优化计算相对所述当前三维牙齿网格模型更接近所述三维扫描牙冠模型的形状参数，并基于所述形状参数构建下一三维牙齿网格模型，并将所述下一三维牙齿网格模型作为当前三维牙齿网格模型继续计算最小距离，基于重新计算的最小距离计算新的下一三维牙齿网格模型，直至收敛获得所述目标三维牙齿网格模型，或者在迭代计算特定次数后获得所述目标三维牙齿网格模型。
其中，根据所述最小距离，优化计算相对所述当前三维牙齿网格模型更接近所述三维扫描牙冠模型的形状参数的计算方法为：将所述最小距离代入预设公式中，利用预设数值优化算法(如L-BFGS算法)计算相对所述当前三维牙齿网格模型更接近所述三维扫描牙冠模型的形状参数；所述预设公式为：
Figure GDA0003390724400000091
其中，A为形状参数，R为三维扫描牙冠模型，wi为顶点与三维扫描牙冠模型边界点的接近程度，|V(R)|为三维扫描牙冠模型上顶点个数，ci为三维扫描牙冠模型上的顶点，
Figure GDA0003390724400000092
为形状参数控制的三维牙齿网格模型上的与ci最接近的顶点，|B|为形状参数的维度数，αi为所述形状参数的分量，σi为预设固定值。
205、将由所述目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向所述三维扫描牙冠模型进行变形，获得变形后的目标三维牙冠网格模型。
其中，对目标三维牙齿网格模型进行截取获得目标三维牙冠网格模型的具体实现方式可以为：先获取所述目标三维牙齿网格模型的长轴，然后以所述长轴为法向构造切割平面，对所述目标三维牙齿网格模型进行截取，以获得包含牙冠和牙冠上方特定区域(例如牙冠上方20％牙冠长度的区域)的目标三维牙冠网格模型。
206、根据所述变形后的目标三维牙冠网格模型与所述三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补所述三维扫描牙冠模型。
具体的，可以先在所述目标三维牙冠网格模型上标注出与所述三维扫描牙冠模型的所有边界点对应的顶点(如图3中相对较大的顶点)；然后按照一定顺序遍历标注的顶点，并使用广度优先搜索法获得并标注相邻两个顶点之间的顶点(如图3中相对较小的顶点)，以使得标注的顶点连接起来能够形成一个闭环，以便以所述闭环为分割线将所述目标三维牙冠网格模型分割成牙冠正常区域和牙冠修补区域；最后在将所述三维扫描牙冠模型替换所述牙冠正常区域后，将替换后的牙冠正常区域的边界点与所述牙冠修补区域的边界点进行对应连接，并对得到的多边形进行三角剖分操作(类似于缝合)，以修补所述三维扫描牙冠模型。
207、对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型。
由于牙冠正常区域的边界与牙冠修补区域的边界的延展趋势并不匹配，所以需要光顺的区域不能只限于缝合区域(即三角剖分区域)，还需要将缝合区域附近的一些点纳入进来。具体的，可以先分别将修补后的三维扫描牙冠模型中牙冠正常区域的边界与牙冠修补区域的边界向外扩展一定距离，获得扩展后的边界之间的区域，然后对所述扩展后的边界之间的区域进行网格光顺，获得所述最终的三维扫描牙冠模型。
进一步的，依据上述方法实施例，本发明的另一个实施例还提供了一种三维牙冠网格模型的孔洞修补装置，如图4所示，所述装置主要包括：
获取单元31，用于从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度；
构建单元32，用于利用最大后验估计方法，基于所述特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型；
变形单元33，用于将由所述目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向所述三维扫描牙冠模型进行变形，获得变形后的目标三维牙冠网格模型；
修补单元34，用于根据所述变形后的目标三维牙冠网格模型与所述三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补所述三维扫描牙冠模型；
光顺单元35，用于对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型。
可选的，所述获取单元31还用于，在从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度之前，从数据库中获取一套外形符合标准的初始三维牙齿网格模型；
如图5所示，所述装置还包括：
配准变形单元36，用于将获取的初始三维牙齿网格模型与所述数据库中的其他套初始三维牙齿网格模型进行配准，并向配准的其他套中初始三维牙齿网格模型进行变形，获得同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型。
可选的，如图5所示，所述构建单元32包括：
第一计算模块321，用于计算所述三维扫描牙冠模型上的顶点到由所述特定维度构建的当前三维牙齿网格模型上顶点的最小距离；
第二计算模块322，用于根据所述最小距离，优化计算相对所述当前三维牙齿网格模型更接近所述三维扫描牙冠模型的形状参数，并基于所述形状参数构建下一三维牙齿网格模型，并将所述下一三维牙齿网格模型作为当前三维牙齿网格模型继续计算最小距离，基于重新计算的最小距离计算新的下一三维牙齿网格模型，直至收敛获得所述目标三维牙齿网格模型，或者在迭代计算特定次数后获得所述目标三维牙齿网格模型。
可选的，第二计算模块322，用于将所述最小距离代入预设公式中，利用预设数值优化算法计算相对所述当前三维牙齿网格模型更接近所述三维扫描牙冠模型的形状参数；所述预设公式为：
Figure GDA0003390724400000111
其中，A为形状参数，R为三维扫描牙冠模型，wi为顶点与三维扫描牙冠模型边界点的接近程度，|V(R)|为三维扫描牙冠模型上顶点个数，ci为三维扫描牙冠模型上的顶点，
Figure GDA0003390724400000112
为形状参数控制的三维牙齿网格模型上的与ci最接近的顶点，|B|为形状参数的维度数，αi为所述形状参数的分量，σi为预设固定值。
可选的，所述预设数值优化算法包括L-BFGS算法。
可选的，如图5所示，修补单元34包括：
标注模块341，用于在所述目标三维牙冠网格模型上标注出与所述三维扫描牙冠模型的所有边界点对应的顶点；
所述标注模块341，还用于按照一定顺序遍历标注的顶点，并使用广度优先搜索法获得并标注相邻两个顶点之间的顶点，以使得标注的顶点连接起来能够形成一个闭环，以便以所述闭环为分割线将所述目标三维牙冠网格模型分割成牙冠正常区域和牙冠修补区域；
修补模块342，用于在将所述三维扫描牙冠模型替换所述牙冠正常区域后，将替换后的牙冠正常区域的边界点与所述牙冠修补区域的边界点进行对应连接，并对得到的多边形进行三角剖分操作，以修补所述三维扫描牙冠模型。
可选的，如图5所示，所述光顺单元35包括：
扩展模块351，用于分别将修补后的三维扫描牙冠模型中牙冠正常区域的边界与牙冠修补区域的边界向外扩展一定距离，获得扩展后的边界之间的区域；
光顺模块352，用于对所述扩展后的边界之间的区域进行网格光顺，获得所述最终的三维扫描牙冠模型。
可选的，所述获取单元31，还用于在将由所述目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向所述三维扫描牙冠模型进行变形，获得变形后的目标三维牙冠网格模型之前，获取所述目标三维牙齿网格模型的长轴；
如图5所示，所述装置还包括：
截取单元37，用于以所述长轴为法向构造切割平面，对所述目标三维牙齿网格模型进行截取，以获得包含牙冠和牙冠上方特定区域的目标三维牙冠网格模型。
本发明实施例提供的三维牙冠网格模型的孔洞修补装置，能够先从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度，然后利用最大后验估计方法，基于该特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型，并将由该目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向该三维扫描牙冠模型进行变形，获得与该三维扫描牙冠模型极为相似的目标三维牙冠网格模型，最后可以使用变形后的目标三维牙冠网格模型作为该三维扫描牙冠模型的修补参考模型进行修补(即可以根据该变形后的目标三维牙冠网格模型与该三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补该三维扫描牙冠模型，并通过对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型)，从而相对于直接在该三维扫描牙冠模型上进行曲线拟合、泊松方程等基于局部几何特征修补的方法更准确，并且整个过程也无需人工参与，修补效率也高。
本发明实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行如上所述的三维牙冠网格模型的孔洞修补方法。
存储介质可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
本发明实施例提供的存储介质中存储的指令，能够先从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度，然后利用最大后验估计方法，基于该特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型，并将由该目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向该三维扫描牙冠模型进行变形，获得与该三维扫描牙冠模型极为相似的目标三维牙冠网格模型，最后可以使用变形后的目标三维牙冠网格模型作为该三维扫描牙冠模型的修补参考模型进行修补(即可以根据该变形后的目标三维牙冠网格模型与该三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补该三维扫描牙冠模型，并通过对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型)，从而相对于直接在该三维扫描牙冠模型上进行曲线拟合、泊松方程等基于局部几何特征修补的方法更准确，并且整个过程也无需人工参与，修补效率也高。
本发明实施例提供了一种三维牙冠网格模型的孔洞修补装置，所述装置包括存储介质和处理器；
所述处理器，适于实现各指令；
所述存储介质，适于存储多条指令；
所述指令适于由所述处理器加载并执行如上所述的三维牙冠网格模型的孔洞修补方法。
处理器中包含内核，由内核去存储介质中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上，通过调整内核参数在自动化修补三维牙齿网格模型的孔洞基础上，提高了修补的准确率。
本发明实施例提供的三维牙冠网格模型的孔洞修补装置，能够先从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度，然后利用最大后验估计方法，基于该特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型，并将由该目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向该三维扫描牙冠模型进行变形，获得与该三维扫描牙冠模型极为相似的目标三维牙冠网格模型，最后可以使用变形后的目标三维牙冠网格模型作为该三维扫描牙冠模型的修补参考模型进行修补(即可以根据该变形后的目标三维牙冠网格模型与该三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补该三维扫描牙冠模型，并通过对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型)，从而相对于直接在该三维扫描牙冠模型上进行曲线拟合、泊松方程等基于局部几何特征修补的方法更准确，并且整个过程也无需人工参与，修补效率也高。
本申请还提供了一种计算机程序产品，当在三维牙冠网格模型的孔洞修补装置上执行时，适于执行初始化有如下方法步骤的程序代码：
从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度；
利用最大后验估计方法，基于所述特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型；
将由所述目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向所述三维扫描牙冠模型进行变形，获得变形后的目标三维牙冠网格模型；
根据所述变形后的目标三维牙冠网格模型与所述三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补所述三维扫描牙冠模型；
对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种三维牙冠网格模型的孔洞修补方法，其特征在于，所述方法包括：
从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度；
利用最大后验估计方法，基于所述特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型；
将由所述目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向所述三维扫描牙冠模型进行变形，获得变形后的目标三维牙冠网格模型；
根据所述变形后的目标三维牙冠网格模型与所述三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补所述三维扫描牙冠模型；
对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型；
其中，利用最大后验估计方法，基于所述特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型包括：
计算所述三维扫描牙冠模型上的顶点到由所述特定维度构建的当前三维牙齿网格模型上顶点的最小距离；
根据所述最小距离，优化计算相对所述当前三维牙齿网格模型更接近所述三维扫描牙冠模型的形状参数，并基于所述形状参数构建下一三维牙齿网格模型，并将所述下一三维牙齿网格模型作为当前三维牙齿网格模型继续计算最小距离，基于重新计算的最小距离计算新的下一三维牙齿网格模型，直至收敛获得所述目标三维牙齿网格模型，或者在迭代计算特定次数后获得所述目标三维牙齿网格模型；
其中，根据所述最小距离，优化计算相对所述当前三维牙齿网格模型更接近所述三维扫描牙冠模型的形状参数包括：
将所述最小距离代入预设公式中，利用预设数值优化算法计算相对所述当前三维牙齿网格模型更接近所述三维扫描牙冠模型的形状参数；所述预设公式为：
Figure FDA0003428589690000021
其中，A为形状参数，R为三维扫描牙冠模型，wi为顶点与三维扫描牙冠模型边界点的接近程度，|V(R)|为三维扫描牙冠模型上顶点个数，ci为三维扫描牙冠模型上的顶点，
Figure FDA0003428589690000022
为形状参数控制的三维牙齿网格模型上的与ci最接近的顶点，|B|为形状参数的维度数，αi为所述形状参数的分量，σi为预设固定值；
其中，所述预设数值优化算法包括L-BFGS算法。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度之前，所述方法还包括：
从数据库中获取一套外形符合标准的初始三维牙齿网格模型；
将获取的初始三维牙齿网格模型与所述数据库中的其他套初始三维牙齿网格模型进行配准，并向配准的其他套中初始三维牙齿网格模型进行变形，获得同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述变形后的目标三维牙冠网格模型与所述三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补所述三维扫描牙冠模型包括：
在所述目标三维牙冠网格模型上标注出与所述三维扫描牙冠模型的所有边界点对应的顶点；
按照一定顺序遍历标注的顶点，并使用广度优先搜索法获得并标注相邻两个顶点之间的顶点，以使得标注的顶点连接起来能够形成一个闭环，以便以所述闭环为分割线将所述目标三维牙冠网格模型分割成牙冠正常区域和牙冠修补区域；
在将所述三维扫描牙冠模型替换所述牙冠正常区域后，将替换后的牙冠正常区域的边界点与所述牙冠修补区域的边界点进行对应连接，并对得到的多边形进行三角剖分操作，以修补所述三维扫描牙冠模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型包括：
分别将修补后的三维扫描牙冠模型中牙冠正常区域的边界与牙冠修补区域的边界向外扩展一定距离，获得扩展后的边界之间的区域；
对所述扩展后的边界之间的区域进行网格光顺，获得所述最终的三维扫描牙冠模型。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在将由所述目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向所述三维扫描牙冠模型进行变形，获得变形后的目标三维牙冠网格模型之前，所述方法还包括：
获取所述目标三维牙齿网格模型的长轴；
以所述长轴为法向构造切割平面，对所述目标三维牙齿网格模型进行截取，以获得包含牙冠和牙冠上方特定区域的目标三维牙冠网格模型。
6.一种三维牙冠网格模型的孔洞修补装置，其特征在于，所述装置包括：
获取单元，用于从同种三维牙齿网格模型的拓扑结构一致的多套三维牙齿网格模型中获取每种三维牙齿网格模型的特定维度；
构建单元，用于利用最大后验估计方法，基于所述特定维度构建出与待修补的三维扫描牙冠模型形状匹配的目标三维牙齿网格模型；
变形单元，用于将由所述目标三维牙齿网格模型截取而得的目标三维牙冠网格模型向所述三维扫描牙冠模型进行变形，获得变形后的目标三维牙冠网格模型；
修补单元，用于根据所述变形后的目标三维牙冠网格模型与所述三维扫描牙冠模型的点对应关系，修补所述三维扫描牙冠模型；
光顺单元，用于对修补后的三维扫描牙冠模型进行网格光顺，获得最终的三维扫描牙冠模型；
第一计算模块，用于计算所述三维扫描牙冠模型上的顶点到由所述特定维度构建的当前三维牙齿网格模型上顶点的最小距离；
第二计算模块，用于根据所述最小距离，优化计算相对所述当前三维牙齿网格模型更接近所述三维扫描牙冠模型的形状参数，并基于所述形状参数构建下一三维牙齿网格模型，并将所述下一三维牙齿网格模型作为当前三维牙齿网格模型继续计算最小距离，基于重新计算的最小距离计算新的下一三维牙齿网格模型，直至收敛获得所述目标三维牙齿网格模型，或者在迭代计算特定次数后获得所述目标三维牙齿网格模型；
所述第二计算模块用于将所述最小距离代入预设公式中，利用预设数值优化算法计算相对所述当前三维牙齿网格模型更接近所述三维扫描牙冠模型的形状参数；所述预设公式为：
Figure FDA0003428589690000041
其中，A为形状参数，R为三维扫描牙冠模型，wi为顶点与三维扫描牙冠模型边界点的接近程度，|V(R)|为三维扫描牙冠模型上顶点个数，ci为三维扫描牙冠模型上的顶点，
Figure FDA0003428589690000042
为形状参数控制的三维牙齿网格模型上的与ci最接近的顶点，|B|为形状参数的维度数，αi为所述形状参数的分量，σi为预设固定值；
所述预设数值优化算法包括L-BFGS算法。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至权利要求5中任意一项所述的三维牙冠网格模型的孔洞修补方法。
8.一种三维牙冠网格模型的孔洞修补装置，其特征在于，所述装置包括存储介质和处理器；
所述处理器，适于实现各指令；
所述存储介质，适于存储多条指令；
所述指令适于由所述处理器加载并执行如权利要求1至权利要求5中任意一项所述的三维牙冠网格模型的孔洞修补方法。
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