CN109935334A - 使用分层的深度分布图与点集匹配的虚拟托槽交互方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用分层的深度分布图与点集匹配的虚拟托槽交互方法。本发明包括如下步骤：1、对托槽底部点进行采样，获取托槽底部采样点集；然后通过最近距离对每个托槽底部采样点查找牙齿表面的对应点，获取牙齿表面点集；2、对托槽底部采样点集和牙齿表面点集之间进行空间位姿的求取；3、通过点集匹配，确定托槽在牙齿表面的位置；4、使用LDNI做布尔运算，判断牙齿和托槽之间是否发生了干涉，如果发生干涉即是有交集，则说明交互不成功。本发明实现了通过鼠标使托槽在牙齿表面快速移动，能够实时、准确地检测牙齿和托槽之间是否发生干涉，计算速度高效且稳定，为医生提供了直观的参考数据，有利于牙齿矫正方案的确立和临床矫治的进行。
Description
技术领域
本发明涉及正牙学技术领域，具体涉及了一种使用分层的深度分布图与点集匹配的虚拟托槽交互方法。
背景技术
近年来，数字口腔技术发展迅速，牙齿隐形正畸也逐渐普及。而数字治疗辅助系统要完成的工作就是建立牙齿模型，为矫治方案的设计提供数据支持。要建立精准的牙齿模型，首先需要通过光学方法扫描石膏模型获得牙颌三维扫描数据，再利用数字几何处理技术分离牙齿牙龈数据，并对牙齿缺失部分进行修复，建立可移动的牙齿模型。在此基础上，医生设计牙齿的矫正路径。
设计牙齿的矫正路径通常涉及各种正畸测量和诊断。这些测量中的许多测量使用肉眼看不到的诸如牙齿的牙根部分的数学模型。同时，在设计好矫正路径后，需要安装矫正托槽以固定牙齿的矫正位置。现有技术中缺少能正确确定牙齿矫治过程中固定牙齿托槽的方法。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种使用分层的深度分布图与点集匹配的虚拟托槽交互方法，通过鼠标交互的方式，实现托槽在牙齿表面的快速移动。拖动过程中，需要对托槽和牙齿进行干涉检测以防止二者之间碰撞。
本发明采用的技术方案是包括以下步骤：
步骤1、对托槽底部点进行采样，获取托槽底部采样点集；然后通过最近距离对每个托槽底部采样点查找牙齿表面的对应点，获取牙齿表面点集；
所述的对托槽底部点进行采样，具体是：使用LDNI这种数据结构沿着指定的方向，同时在固定分辨率的情况下进行采样深度信息。
步骤2、对托槽底部采样点集和牙齿表面点集之间进行空间位姿的求取；
所述的空间位姿的求取是一个点集匹配过程，托槽底部采样点集中每个采样点均有6个自由度；且在鼠标拖动托槽至中牙齿表面时，采样点的6个自由度(其中包括3个平移的自由度和3个旋转的自由度)都在变化，把对应点转化为旋转和平移空间位姿的变换即可。
步骤3、通过点集匹配，确定托槽在牙齿表面的位置；
在鼠标拖动托槽至牙齿表面对应位置时，具体通过最近距离和加入法向的限制来查找牙齿表面对应点，最终确定托槽在牙齿表面的位置；
步骤4、使用LDNI(Layered Depth-Normal Images，分层的深度分布图)LDNI做布尔运算，判断牙齿和托槽之间是否发生了干涉，如果发生干涉即是有交集，则说明交互不成功。
所述的LDNI方法非常稳定，它直接使用OpenGL接口，不需要几何算法，能够稳定、高效地判断两个物体是否有干涉。
本发明的有益效果是：
本发明实现了通过鼠标使托槽在牙齿表面快速移动，能够实时、准确地检测牙齿和托槽之间是否发生干涉，计算速度高效且稳定，为医生提供了直观的参考数据，有利于牙齿矫正方案的确立和临床矫治的进行。
附图说明
图1为实施例初始时牙齿的位置图；
图2为实施例上颌牙齿图；
图3为实施例从不同角度查看的上颌牙齿状态图；
图4为实施例对牙齿表面上的托槽进行调整时的对话框图；
图5为实施例牙齿与托槽之间干涉检测的示意图；
图6为实施例旋转过后作干涉检测的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的实施例及具体过程如下：
步骤一、输入牙齿的模型，图1为某位病人的初始牙齿模型，图2为其上颌牙齿，图3为从不同角度查看的牙齿状态；
步骤二、完成对上下颌每颗牙齿的命名，第一位字母是U或L，表示上颌牙齿和下颌牙齿，第二位字母是L或R表示左边和右边的牙齿，第三位字母表示牙齿某一边的第几颗牙齿，选取某颗牙齿，对该颗牙齿表面上的托槽进行调整；
具体举例牙齿UL7即上颌左边第7颗牙齿，对其表面上的托槽进行调整，图4为托槽调整时的数据选择对话框，我们可以对其进行上下左右四个方向进行移动和侧倾，同时可以对应地选择单步移动距离和旋转运动量。
步骤三、实现鼠标在牙齿表面快速定位，当拖动托槽时，根据技术方案所述的采样、空间位姿求取、点集匹配、碰撞检测等过程，本发明实时检测牙齿和托槽之间是否发生干涉。
具体举例如图5所示，在牙齿UL7表面拖动托槽到任意位置，托槽和牙齿表面之间实时地保持贴合状态，二者不会发生碰撞。图6是对模型进行旋转后，从不同角度观察到的托槽和牙齿之间的贴合状态。
Claims (1)
1.使用分层的深度分布图与点集匹配的虚拟托槽交互方法，通过鼠标交互的方式，实现托槽在牙齿表面的快速移动，同时需要对托槽和牙齿进行干涉检测以防止二者之间碰撞，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、对托槽底部点进行采样，获取托槽底部采样点集；然后通过最近距离对每个托槽底部采样点查找牙齿表面的对应点，获取牙齿表面点集；
所述的对托槽底部点进行采样，具体是：使用LDNI这种数据结构沿着指定的方向，同时在固定分辨率的情况下进行采样深度信息；
步骤2、对托槽底部采样点集和牙齿表面点集之间进行空间位姿的求取；
所述的空间位姿的求取是一个点集匹配过程，托槽底部采样点集中每个采样点均有6个自由度；且在鼠标拖动托槽至中牙齿表面时，采样点的6个自由度都在变化，把对应点转化为旋转和平移空间位姿的变换即可；
步骤3、通过点集匹配，确定托槽在牙齿表面的位置；
在鼠标拖动托槽至牙齿表面对应位置时，具体通过最近距离和加入法向的限制来查找牙齿表面对应点，最终确定托槽在牙齿表面的位置；
步骤4、使用LDNI做布尔运算，判断牙齿和托槽之间是否发生了干涉，如果发生干涉即是有交集，则说明交互不成功。
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