CN112190353B - 填补牙齿模型倒凹的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种填补牙齿模型倒凹的方法及设备，其中该方法首先获取牙齿模型，识别牙齿模型的倒凹区域；再获取预设扩张角度和预设倒凹保留深度，基于预设扩张角度和预设倒凹保留深度填补倒凹区域，生成填补倒凹模型；最后基于填补倒凹模型调整牙齿模型，保留牙齿模型的非倒凹部分并填补倒凹区域。基于该填补牙齿模型倒凹的方法设计出的牙齿模型而制造出的种植导板，既可以轻松、顺利地扣合在患者牙列上或者从牙列上取下，又可以保证一定的卡紧度，不至于松脱，进而提高种植导板的定位精度。

Description

填补牙齿模型倒凹的方法及设备

技术领域

本发明涉及口腔种植技术领域，尤其涉及一种填补牙齿模型倒凹的方法及设备。

背景技术

近年来，随着口腔种植技术在临床中的推广，以及人们对口腔健康要求的提高，越来越多的患者选择对缺失牙进行种植修复治疗。口腔种植引导技术可以辅助医生按照预先确定的种植位置，精准地植入种植体，并能最大限度地降低意外损伤邻近重要解剖结构的风险。种植导板技术是口腔种植引导技术中被广泛使用的一种。其中，使用计算机辅助设计制造法(又称CAD/CAM法)基于患者医疗影像数据来设计和制作种植导板是口腔种植学发展的方向和趋势。

在设计和制作口腔种植导板的过程中，如果直接以口内扫描的牙齿表面模型进行制作，由于牙齿的特殊几何形态(牙冠比牙根宽大，形成上宽下窄的形状)，导板将无法顺利戴入患者牙齿或戴入后无法顺利取出。因此在制作种植导板前，需要先对口内扫描仪器获取的牙齿模型进行倒凹填补。然而，目前对于倒凹的处理多采用人工填倒凹，主要是依靠工作人员的经验来进行，这种方法效率较低，精确度较差，并且对操作人员的技术要求较高。

发明内容

本发明实施例提供一种填补牙齿模型倒凹的方法及设备，用以解决现有技术中的人工填倒凹方法存在效率较低、精确度较差的问题，为后续设计制作种植导板提供了基础。

本发明实施例提供一种填补牙齿模型倒凹的方法，包括：

获取牙齿模型，识别所述牙齿模型的倒凹区域；

获取预设扩张角度和预设倒凹保留深度，基于所述预设扩张角度和所述预设倒凹保留深度填补所述倒凹区域，生成填补倒凹模型；

基于所述填补倒凹模型调整所述牙齿模型，保留所述牙齿模型的非倒凹部分并填补所述倒凹区域。

根据本发明一个实施例的填补牙齿模型倒凹的方法，所述获取牙齿模型，识别所述牙齿模型的倒凹区域，进一步包括：

获取预设插入方向，设定视图坐标系，定义所述视图坐标系的Z轴正向为所述预设插入方向的反方向；

基于Z缓冲区算法，计算在所述视图坐标系下的所述牙齿模型对应的Z缓冲区；

遍历所述牙齿模型的所有外轮廓点P，比较所述外轮廓点P在所述视图坐标系下的Z轴坐标值p_z和所述外轮廓点P在所述Z缓冲区中的深度值d_z；在p_z<d_z时，标记所述外轮廓点P为倒凹点P_d；在p_z≥d_z时，标记所述外轮廓点P为非倒凹点P_nd；

基于所述倒凹点P_d生成倒凹区域。

根据本发明一个实施例的填补牙齿模型倒凹的方法，所述基于所述预设扩张角度和所述预设倒凹保留深度填补所述倒凹区域，生成填补倒凹模型，进一步包括：

为所述牙齿模型生成第一距离场数据；

基于所述预设扩张角度调整所述第一距离场数据，生成第二距离场数据；

基于所述预设倒凹保留深度调整所述第二距离场数据，生成第三距离场数据；

基于等值面生成算法，在所述第三距离场数据中提取等值面，设定等值面的值为所述预设倒凹保留深度，生成填补倒凹模型。

根据本发明一个实施例的填补牙齿模型倒凹的方法，所述为所述牙齿模型生成第一距离场数据，进一步包括：

为所述牙齿模型生成外包围盒，基于所述预设扩张角度rad和所述外包围盒的高度h，将所述外包围盒在X方向和Y方向上的四个面分别向外移动扩展距离e，得到扩张包围盒，其中e＝h*tan(rad)；

基于所述扩张包围盒，生成距离场网格；

遍历所述距离场网格中的每一个网格点a，计算网格点a与所述牙齿模型的最短的距离值s，并判断网格点a在所述牙齿模型的内部或外部；

在网格点a在所述牙齿模型的外部时，定义距离值s为正值；在网格点a在所述牙齿模型的内部时，定义距离值s为负值；在网格点a位于所述牙齿模型的表面时，定义距离值s＝0；将距离值s作为网格点a的标量，得到带标量的距离场网格数据，即所述第一距离场数据。

根据本发明一个实施例的填补牙齿模型倒凹的方法，所述基于所述预设扩张角度调整所述第一距离场数据，生成第二距离场数据，进一步包括：

从Z方向上的第二层点开始遍历所有网格点a，网格点a在Z方向的上一个网格点a₂的标量为s₂，若s<s₂+delta，则将网格点a和网格点a₂设为标记点，同时将网格点a的标量修改为s＝s₂+delta；若s≥s₂+delta，则将网格点a和网格点a₂设为非标记点；其中，delta＝space*tan(rad)，space为相邻两个网格点的间隔。

根据本发明一个实施例的填补牙齿模型倒凹的方法，所述基于所述预设倒凹保留深度调整所述第二距离场数据，生成第三距离场数据，进一步包括：

遍历所有网格点a，若网格点a是非标记点，则调整其标量值为s＝s+r，其中r为预设倒凹保留深度。

根据本发明一个实施例的填补牙齿模型倒凹的方法，在所述遍历所有网格点a，若网格点a是非标记点，则调整其标量值为s＝s+r之后，还包括：

遍历所有网格点a，若网格点a是非倒凹点，则调整其标量值为s＝s-space。

根据本发明一个实施例的填补牙齿模型倒凹的方法，在所述生成填补倒凹模型之后，还包括：

对所述填补倒凹模型进行平滑操作，对所述填补倒凹模型的孔洞进行修补。

根据本发明一个实施例的填补牙齿模型倒凹的方法，在所述基于所述倒凹点P_d生成倒凹区域之后，还包括：

以预设插入方向为平面法线，以所述视图坐标系的原点为圆心，分别生成半径值为r₁……r_n-1、r_n的n个圆，其中，r₁～r_n均小于1mm，且r_n>r_n-1；取得每个圆上的m个均匀分布的点b₁……b_m-1、b_m；

遍历所述牙齿模型上的每一个倒凹点P_d，将坐标原点到P_d的向量加上坐标原点到半径为r_n的圆上的点b_m的向量形成新的点P_d2，判断点P_d2是否位于倒凹区域内；其中n和m均从1开始递增，且先判断完上一个圆上的所有点后，再判断下一个圆上的点；

如果点P_d2位于倒凹区域内，则再次进行向量加法计算；如果点P_d2位于非倒凹区域内，则倒凹点P_d的倒凹深度介于上一个圆的半径和当前圆的半径之间，同时停止判断；若遍历第一个圆就找到一个点P_d2位于非倒凹区域内，则倒凹点P_d的倒凹深度小于r₁；若直到最后一个圆也没有找到一个点P_d2位于非倒凹区域内，则倒凹点P_d的倒凹深度大于r_n；

基于上述步骤的判断结果和半径值，计算所述牙齿模型的所有外轮廓点P对应的倒凹深度；

基于所述倒凹深度和颜色的映射关系，将所述牙齿模型的表面按不同的倒凹深度设置为不同的颜色。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的填补牙齿模型倒凹的方法的步骤。

本发明实施例提供的填补牙齿模型倒凹的方法及设备，其中填补牙齿模型倒凹的方法在识别倒凹区域后，可以根据用户设定的扩张角度和倒凹保留深度来对倒凹区域进行自动填补，通过设置扩张角度可以在填补倒凹区域时生成一定的斜角，以便后续基于倒凹填补后的牙齿模型设计出的种植导板能顺利扣合在患者牙列上，避免由于制造误差等因素造成的扣合或取出困难的问题；同时通过设置倒凹保留深度可以只对大于该倒凹保留深度的倒凹区域进行填补，进而通过保留部分倒凹来实现卡紧作用，避免由于完全填补倒凹所导致的种植导板与牙列之间出现松动的问题。基于该填补牙齿模型倒凹的方法设计出的牙齿模型而制造出的种植导板，既可以轻松、顺利地扣合在患者牙列上或者从牙列上取下，又可以保证一定的卡紧度，不至于松脱，进而提高种植导板的定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种填补牙齿模型倒凹的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中识别倒凹区域的示意图；

图3是本发明实施例中生成第一距离场数据的示意简图；

图4是本发明实施例中基于预设扩张角度生成第二距离场数据的示意简图，其中a图表示调整前的第一距离场数据，b图表示调整后生成的第二距离场数据；

图5是本发明实施例中基于预设倒凹保留深度生成第三距离场数据的示意简图，其中a图表示调整前的第一距离场数据，b图表示预设扩张角度为0时生成的第二距离场数据，c图表示预设倒凹角度为1时生成的第三距离场数据；

图6是本发明实施例中基于填补倒凹模型调整牙齿模型的示意简图；

图7是本发明实施例中计算倒凹深度的示意简图；

图8是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

附图标记：

1、牙齿模型； 2、倒凹区域； 3、外包围盒；

4、扩张包围盒； 5、距离场网格； 61、倒凹面；

62、非倒凹面； 7、填补倒凹模型；

8、电子设备； 81、处理器； 82、通信接口；

83、存储器； 84、通信总线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”“第三”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。

如图1至图6所示，本发明实施例提供的一种填补牙齿模型倒凹的方法，包括：

步骤S100：获取牙齿模型1，识别牙齿模型1的倒凹区域2。

具体地，可以通过三维数字扫描仪器对患者的全部或者部分口腔区域进行扫描，来获取牙齿模型1。由于人体牙齿的几何形态特殊，即牙冠比牙根宽大，形成上宽下窄的形状。如果设计种植导板时直接用牙齿模型1的外轮廓面作为种植导板的内表面，则制作出的种植导板将无法顺利扣合在患者牙列上。因此在设计制造种植导板前需要先对牙齿模型1的倒凹区域2(参考图2中的阴影区域)进行填补，然后以此为基础再进行设计。

如图2所示，填补倒凹时通常需要在三维模型的场景中指定一个插入方向(即种植导板沿该方向插入牙列)，一般为俯视方向(即垂直俯视牙齿模型1的方向)。在设定好插入方向(或观察方向)后，即可根据牙齿模型1上点的可见性来判断该点是否位于倒凹区域2内。在一些具体的实施方式中，可基于三维模型显示图像的Z缓冲区来判断牙齿模型1上各点的可见性，其基本原理如下：

在观察三维空间中不透明的物体时，离视点近的总是会遮住远的，如果把可见的和不可见的图元都画出来，会对视觉会造成多义性。因此计算机在显示三维图形时要处理消隐(绘制时消除被遮挡的不可见的线或面)问题，消隐不仅与消隐对象有关，还与观察者的位置(视点位置)有关。Z缓冲区(Z-Buffer)算法也称为深度缓冲器算法，Z缓冲区存放图像空间每个可见像素的z坐标值。在开始绘制三维场景前先把Z-Buffer中所有的值初始化为最小值。绘制时检查当前像素点的深度值(即z坐标值)是否大于Z-Buffer中该像素所对应的深度值，如果大于Z-Buffer中的深度值，说明当前像素点更靠近观察点，应该显示在屏幕上，并同时用当前像素点的z坐标值替换Z-Buffer中对应的深度值进行更新。否则该像素点不可见，不需要更新Z-Buffer。目前常见的与3D图形显示相关的计算机软硬件都支持Z-Buffer技术。

步骤S200：如图3至图6所示，获取预设扩张角度rad和预设倒凹保留深度r，基于预设扩张角度rad和预设倒凹保留深度r填补倒凹区域2，生成填补倒凹模型7。

具体地，可以根据用户指令获取预设扩张角度rad和预设倒凹保留深度r。其中，预设扩张角度rad类似于铸造技术中的拔模斜度(为方便出模而在模膛两侧设计的斜度)，其作用是通过额外填补倒凹区域2使其具有一定的斜度，方便后续基于倒凹填补后的牙齿模型1设计出的种植导板能顺利扣合在患者牙列上，否则可能需要很大的力气才能扣上或取下种植导板。

而用户设定的预设倒凹保留深度r则是在填补倒凹区域2时，只对倒凹深度大于该预设倒凹保留深度r处的倒凹进行填补。通过设置预设倒凹保留深度r，可以保留部分倒凹，参见图6中最右侧的牙齿模型(即最终生成的填补了倒凹的牙齿模型)，通过在倒凹面61和非倒凹面62的交界处保留部分倒凹，使得后续设计的种植导板的内侧面具有一个内凸的卡紧部，利用该卡紧部可以使种植导板紧密地扣合在牙列上而不发生松动。而如果完全填补倒凹，考虑到制造误差，则可能会导致后续设计出的种植导板扣在牙列上时不够紧密而产生松动，从而影响导板的定位精度。需要说明的是，预设扩张角度rad和预设倒凹保留深度r的默认值为0，用户可以根据使用需求来合理选择扩张角度和倒凹深度，单独设置预设扩张角度rad或单独设置预设倒凹保留深度r，也可以同时设置或者均不设置。

步骤S300：如图6所示，基于填补倒凹模型7调整牙齿模型1，保留牙齿模型1的非倒凹部分并填补倒凹区域。

具体地，可以采用布尔加运算。通过对原始的牙齿模型1与前述步骤中生成的填补倒凹模型7执行布尔加运算，生成最终填补好倒凹的新牙齿模型。

本实施例提供的填补牙齿模型倒凹的方法，在识别倒凹区域后，可以根据用户设定的扩张角度和倒凹保留深度来对倒凹区域进行自动填补，通过设置扩张角度可以在填补倒凹区域时生成一定的斜角，以便后续基于倒凹填补后的牙齿模型设计出的种植导板能顺利扣合在患者牙列上，避免由于制造误差等因素造成的扣合或取出困难的问题；同时通过设置倒凹保留深度可以只对大于该倒凹保留深度的倒凹区域进行填补，进而通过保留部分倒凹来实现卡紧作用，避免由于完全填补倒凹所导致的种植导板与牙列之间出现松动的问题。基于该填补牙齿模型倒凹的方法设计出的牙齿模型而制造出的种植导板，既可以轻松、顺利地扣合在患者牙列上或者从牙列上取下，又可以保证一定的卡紧度，不至于松脱，进而提高种植导板的定位精度。

进一步地，如图2所示，步骤S100进一步包括：

步骤S110：获取预设插入方向，设定视图坐标系，定义视图坐标系的Z轴正向为预设插入方向的反方向。

具体地，首先将三维场景的投影模式设置为平行投影(或称正交投影)，避免透视投影出现近大远小的情况，影响对倒凹的判断。然后获取用户设定的预设插入方向(或称观察方向)，使牙齿模型1在屏幕上显示的图像完全位于视图中心，并尽可能地充满视图。再将三维场景的视线方向调整为预设插入方向，将当前视角下的坐标系设定为视图坐标系，该视图坐标系的Z轴正向与预设插入方向相反。

步骤S120：基于Z缓冲区算法，计算在视图坐标系下的牙齿模型1对应的Z缓冲区。其中，Z缓冲区中存放有该图像空间内每个可见像素点的z坐标值。

具体地，在开始绘制三维场景前先把Z-Buffer中所有的值初始化为最小值。绘制时检查当前像素点的深度值(即z坐标值)是否大于Z-Buffer中该像素所对应的深度值，如果大于Z-Buffer中的深度值，说明当前像素点更靠近观察点，应该显示在屏幕上，并同时用当前像素点的z坐标值替换Z-Buffer中对应的深度值进行更新。否则该像素点不可见，不需要更新Z-Buffer。

步骤S130：遍历牙齿模型1的所有外轮廓点P，比较外轮廓点P在视图坐标系下的Z轴坐标值p_z和外轮廓点P在Z缓冲区中的深度值d_z；在p_z<d_z时，标记该外轮廓点P为倒凹点P_d；在p_z≥d_z时，标记该外轮廓点P为非倒凹点P_nd。

更进一步地，还可以引入一个允许误差值err，该允许误差值err表示在计算过程中产生的可以容忍的误差，在p_z<d_z+err时，标记该外轮廓点P为倒凹点P_d；在p_z≥d_z+err时，标记该外轮廓点P为非倒凹点P_nd。在一个具体的实施例中，err可以为0.001，err的数值可以根据运算精度来确定。

步骤S140：基于所有的倒凹点P_d生成倒凹区域2。

具体地，如图2所示，倒凹区域2为所有的倒凹点P_d沿Z轴方向向下延伸的直线所组成的区域。

在上述实施例的基础上，如图3至图5所示，步骤S200进一步包括：

步骤S210：如图3所示，为牙齿模型1生成第一距离场数据。

具体地，首先为牙齿模型1生成外包围盒3(即包含该牙齿模型1的、且各边均平行于坐标轴的最小六面体)，基于预设扩张角度rad和外包围盒3的高度h，将外包围盒3在X方向和Y方向上的四个面分别向外移动扩展距离e，得到扩张包围盒4，其中e＝h*tan(rad)。更进一步地，还可以将扩张包围盒4的六个面分别再向外扩大e’，以确保生成的蜡型在距离场的内部。在一个具体的实施例中，e’＝space*2，space为采样间距。

再基于扩张包围盒4，生成距离场网格。图3中的网格线交点代表一个像素，像素间隔为space，代表采样间距。采样间距的值越小，则采样点越密集。在一个具体的实施例中，像素间隔space设为0.5mm。

然后遍历距离场网格中的每一个网格点a，计算网格点a与牙齿模型1的最短的距离值s，并判断网格点a在牙齿模型1的内部或外部；在网格点a在牙齿模型1的外部时，定义距离值s为正值；在网格点a在牙齿模型1的内部时，定义距离值s为负值；在网格点a位于牙齿模型1的表面时，定义距离值s＝0；将距离值s作为网格点a的标量，得到带标量的距离场网格数据，即第一距离场数据。

步骤S220：如图4所示，基于预设扩张角度rad调整第一距离场数据，生成第二距离场数据。

具体地，从Z方向上(从上至下)的第二层点开始遍历所有网格点a，网格点a在Z方向的上一个网格点a₂的标量为s₂，若s<s₂+delta，则将网格点a和网格点a₂设为标记点，同时将网格点a的标量修改为s＝s₂+delta；若s≥s₂+delta，则将网格点a和网格点a₂设为非标记点；其中，delta＝space*tan(rad)，space为相邻两个网格点的间隔。

如图4所示(需要说明的是，图4中每个网格点的标量值只是为了让示意图更方便理解而不一定是根据最小距离标注的准确值)，图4中左侧的a图为标量值调整之前的情况(即第一距离场数据)，图4中右侧的b图为根据预设扩张角度rad计算出delta(假设其值为0.2)并按上述步骤S220调整标量值后的情况(即第二距离场数据)。如果预设倒凹保留深度设为0，则最后在提取等值面时，即提取标量值为0的等值面时，则按照图4的b图中倾斜的虚线来提取，该虚线简单示意了插值出的标量值为0的等值曲面。因此，经过步骤S220调整后，可将倒凹区域2进行一定斜度的扩张。

步骤S230：如图5所示，基于预设倒凹保留深度r调整第二距离场数据，生成第三距离场数据。

具体地，遍历所有网格点a，若网格点a是非标记点，则调整其标量值为s＝s+r，其中r为预设倒凹保留深度。

如图5所示(需要说明的是，图5中每个网格点的标量值只是为了让示意图更方便理解而不一定是根据最小距离标注的准确值)，左侧的a图为标量调整之前的情况(即第一距离场数据)，中间的b图为根据预设扩张角度rad调整标量后的情况(即第二距离场数据)，右侧的c图为根据预设倒凹保留深度r调整标量后的情况(即第三距离场数据)。在预设扩张角度rad设为0的情况下，如果按预设倒凹保留深度r为0，则最后在提取等值面时，即提取标量值为0的等值面时，则按照图5的b图中右侧实线来提取；而在设置预设倒凹保留深度r(假设为1毫米)后，则最后在提取等值面为1的面时，则按照图5的c图中左侧的虚线来提取(注意c图中牙齿模型1内部生成的等值面后续将会被剪切掉)。从图5中可以看出，经过步骤S230的调整后重建等值面时将不会填补全部倒凹，而是保留一定的余量用来增加种植导板与牙列之间的接触力，保证种植导板可以较为紧密的安装在患者牙列上。

步骤S240：如图6所示，遍历所有网格点a，若网格点a是非倒凹点P_nd，则调整其标量值为s＝s-space。通过调整非倒凹点P_nd的标量，使等值面提取后生成的曲面的非倒凹面62凹陷到原始的牙齿模型1内部，以便后续应用蜡型时可以将其裁减掉。

由于只需要填补倒凹部分，而前述步骤中调整标量后原始的牙齿模型1的表面(或其附近)的点也会被标记为需要重建，为了能准确保留原始的牙齿模型1的非倒凹面62而不是用重建后的曲面代替，考虑步骤S300中填补倒凹模型7与原始的牙齿模型1进行布尔加运算(三维模型的布尔运算为现有技术)，该运算会保留两个三维模型的最大外轮廓面，内部部分被剪切掉，因而为了准确保留原始的牙齿模型1上的非倒凹部分，同时使布尔运算能正常运行，经过步骤S240调整标量后，会将非倒凹部分的面向模型内部进行一定量的凹陷，最后执行布尔运算时会被裁减掉(可参考图6中虚线部分)。

步骤S250：基于等值面生成算法，在第三距离场数据中提取等值面，设定等值面的值为预设倒凹保留深度r，生成填补倒凹模型7。具体地，等值面生成算法可以采用MarchingCubes算法。

更进一步地，在步骤S250之后，还包括：

对填补倒凹模型7进行平滑操作，对填补倒凹模型7的孔洞进行修补。

具体地，根据上述几个步骤操作生成的填补倒凹模型7的表面不够平滑，用户可使用鼠标在填补倒凹模型7的表面选定设定大小的区域(区域大小可通过参数设置)，采用三角面平滑算法对选定区域进行手动平滑，减小生成的等值面的表面起伏。

同时，由于前述步骤中调整了距离场的标量，可能导致等值面重建时填补倒凹模型7的底部是不封闭的状态，因而可以采用三维模型孔洞修补方法对填补倒凹模型7中的孔洞进行修补，例如基于网格的修补方法、基于体表达的修补方法、基于曲率特征网格的修补方法或者基于径向基函数的修补方法等，上述方法均为现有技术，此处不再赘述。

在上述实施例的基础上，识别出倒凹区域2后，为了让用户更直观地观察倒凹区域2，可以计算模型倒凹深度，并对不同深度区域的牙齿模型1的表面设置不同的颜色，进行可视化显示。具体地，如图7所示，在步骤S100之后，还包括：

a)以预设插入方向为平面法线，以视图坐标系的原点为圆心，分别生成半径值为r₁……r_n-1、r_n的n个圆，其中，r₁～r_n均小于1mm，且r_n>r_n-1；取得每个圆上的m个均匀分布的点b₁……b_m-1、b_m。在一个具体的实施例中，n＝4，r₁＝0.04mm，r₂＝0.25mm，r₃＝0.5mm，r₄＝0.75mm；m＝20。此外，上述数值也可以为其他取值，此处不做限制。

b)遍历牙齿模型1上的每一个倒凹点P_d，将坐标原点到P_d的向量加上坐标原点到半径为r_n的圆上的点b_m的向量形成新的点P_d2，判断点P_d2是否位于倒凹区域2内；其中n和m均从1开始递增，且先判断完上一个圆上的所有点后，再判断下一个圆上的点；

如果点P_d2位于倒凹区域2内，则再次进行向量加法计算；如果点P_d2位于非倒凹区域内，则倒凹点P_d的倒凹深度介于前一个圆的半径和当前圆半径之间，同时停止判断；若遍历第一个圆就找到一个点P_d2位于非倒凹区域内，则倒凹点P_d的倒凹深度小于r₁；若直到最后一个圆也没有找到一个点P_d2位于非倒凹区域内，则倒凹点P_d的倒凹深度大于r_n。

c)基于上述步骤的判断结果和半径值，计算牙齿模型1的所有外轮廓点P对应的倒凹深度。

其中，非倒凹点P_nd的倒凹深度设为0；倒凹点P_d的倒凹深度设为当前圆与上一个圆的中间圆的半径，在一个具体的实施例中，该倒凹深度可以为0.02mm、0.145mm、0.375mm或0.625mm；倒凹深度大于r_n的倒凹点P_d的倒凹深度设为1mm，将设定的倒凹深度作为牙齿模型1上每个外轮廓点P的标量。

d)基于倒凹深度和颜色的映射关系，将牙齿模型1的表面按不同的倒凹深度设置为不同的颜色。

具体地，该映射关系可以是从冷色调到暖色调的线性变化代表对应的倒凹深度越来越大。通过将牙齿模型1的表面按倒凹深度不同设置为不同的颜色，可以使用户更直观地观察和了解牙齿模型1的倒凹构造。

如图8所示，本发明实施例还提供一种电子设备8，包括：处理器(processor)81、通信接口(Communications Interface)82、存储器(memory)83和通信总线84，其中，处理器81，通信接口82，存储器83通过通信总线84完成相互间的通信。处理器81可以调用存储器83中的逻辑指令，以执行如上述任一种实施例中的填补牙齿模型倒凹的方法的步骤。

此外，上述的存储器83中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的填补牙齿模型倒凹的方法。

又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的填补牙齿模型倒凹的方法。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的填补牙齿模型倒凹的方法及设备，其中填补牙齿模型倒凹的方法在识别倒凹区域后，可以根据用户设定的扩张角度和倒凹保留深度来对倒凹区域进行自动填补，通过设置扩张角度可以在填补倒凹区域时生成一定的斜角，以便后续基于倒凹填补后的牙齿模型设计出的种植导板能顺利扣合在患者牙列上，避免由于制造误差等因素造成的扣合或取出困难的问题；同时通过设置倒凹保留深度可以只对大于该倒凹保留深度的倒凹区域进行填补，进而通过保留部分倒凹来实现卡紧作用，避免由于完全填补倒凹所导致的种植导板与牙列之间出现松动的问题。基于该填补牙齿模型倒凹的方法设计出的牙齿模型而制造出的种植导板，既可以轻松、顺利地扣合在患者牙列上或者从牙列上取下，又可以保证一定的卡紧度，不至于松脱，进而提高种植导板的定位精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种填补牙齿模型倒凹的方法，其特征在于，包括：

获取牙齿模型，识别所述牙齿模型的倒凹区域；

获取预设扩张角度和预设倒凹保留深度，基于所述预设扩张角度和所述预设倒凹保留深度填补所述倒凹区域，生成填补倒凹模型；

基于所述填补倒凹模型调整所述牙齿模型，保留所述牙齿模型的非倒凹部分并填补所述倒凹区域；

其中，所述获取牙齿模型，识别所述牙齿模型的倒凹区域，进一步包括：

获取预设插入方向，设定视图坐标系，定义所述视图坐标系的Z轴正向为所述预设插入方向的反方向；

其中，所述基于所述预设扩张角度和所述预设倒凹保留深度填补所述倒凹区域，生成填补倒凹模型，进一步包括：

为所述牙齿模型生成第一距离场数据；

基于所述预设扩张角度调整所述第一距离场数据，生成第二距离场数据；

基于所述预设倒凹保留深度调整所述第二距离场数据，生成第三距离场数据；

基于等值面生成算法，在所述第三距离场数据中提取等值面，设定等值面的值为所述预设倒凹保留深度，生成填补倒凹模型；

其中，所述为所述牙齿模型生成第一距离场数据，进一步包括：

为所述牙齿模型生成外包围盒，基于所述预设扩张角度rad和所述外包围盒的高度h，将所述外包围盒在X方向和Y方向上的四个面分别向外移动扩展距离e，得到扩张包围盒，其中e＝h*tan(rad)；

基于所述扩张包围盒，生成距离场网格；

遍历所述距离场网格中的每一个网格点a，计算网格点a与所述牙齿模型的最短的距离值s，并判断网格点a在所述牙齿模型的内部或外部；

在网格点a在所述牙齿模型的外部时，定义距离值s为正值；在网格点a在所述牙齿模型的内部时，定义距离值s为负值；在网格点a位于所述牙齿模型的表面时，定义距离值s＝0；将距离值s作为网格点a的标量，得到带标量的距离场网格数据，即所述第一距离场数据；

其中，所述基于所述预设扩张角度调整所述第一距离场数据，生成第二距离场数据，进一步包括：

从Z方向上的第二层点开始遍历所有网格点a，网格点a在Z方向的上一个网格点a₂的标量为s₂，若s<s₂+delta，则将网格点a和网格点a₂设为标记点，同时将网格点a的标量修改为s＝s₂+delta；若s≥s₂+delta，则将网格点a和网格点a₂设为非标记点；其中，delta＝space*tan(rad)，space为相邻两个网格点的间隔；

其中，所述基于所述预设倒凹保留深度调整所述第二距离场数据，生成第三距离场数据，进一步包括：

遍历所有网格点a，若网格点a是非标记点，则调整其标量值为s＝s+r，其中r为预设倒凹保留深度。

2.根据权利要求1所述的填补牙齿模型倒凹的方法，其特征在于，所述获取牙齿模型，识别所述牙齿模型的倒凹区域，进一步包括：

基于Z缓冲区算法，计算在所述视图坐标系下的所述牙齿模型对应的Z缓冲区；

遍历所述牙齿模型的所有外轮廓点P，比较所述外轮廓点P在所述视图坐标系下的Z轴坐标值p_z和所述外轮廓点P在所述Z缓冲区中的深度值d_z；在p_z<d_z时，标记所述外轮廓点P为倒凹点P_d；在p_z≥d_z时，标记所述外轮廓点P为非倒凹点P_nd；

基于所述倒凹点P_d生成倒凹区域。

3.根据权利要求2所述的填补牙齿模型倒凹的方法，其特征在于，在所述遍历所有网格点a，若网格点a是非标记点，则调整其标量值为s＝s+r之后，还包括：

遍历所有网格点a，若网格点a是非倒凹点P_nd，则调整其标量值为s＝s-space。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的填补牙齿模型倒凹的方法，其特征在于，在所述生成填补倒凹模型之后，还包括：

对所述填补倒凹模型进行平滑操作，对所述填补倒凹模型的孔洞进行修补。

5.根据权利要求2所述的填补牙齿模型倒凹的方法，其特征在于，在所述基于所述倒凹点P_d生成倒凹区域之后，还包括：

以预设插入方向为平面法线，以所述视图坐标系的原点为圆心，分别生成半径值为r₁……r_n-1、r_n的n个圆，其中，r₁～r_n均小于1mm，且r_n>r_n-1；取得每个圆上的m个均匀分布的点b₁……b_m-1、b_m；

遍历所述牙齿模型上的每一个倒凹点P_d，将坐标原点到P_d的向量加上坐标原点到半径为r_n的圆上的点b_m的向量形成新的点P_d2，判断点P_d2是否位于倒凹区域内；其中n和m均从1开始递增，且先判断完上一个圆上的所有点后，再判断下一个圆上的点；

如果点P_d2位于倒凹区域内，则再次进行向量加法计算；如果点P_d2位于非倒凹区域内，则倒凹点P_d的倒凹深度介于上一个圆的半径和当前圆的半径之间，同时停止判断；若遍历第一个圆就找到一个点P_d2位于非倒凹区域内，则倒凹点P_d的倒凹深度小于r₁；若直到最后一个圆也没有找到一个点P_d2位于非倒凹区域内，则倒凹点P_d的倒凹深度大于r_n；

基于判断点P_d2是否位于倒凹区域内的判断结果和半径值，计算所述牙齿模型的所有外轮廓点P对应的倒凹深度；

基于所述倒凹深度和颜色的映射关系，将所述牙齿模型的表面按不同的倒凹深度设置为不同的颜色。

6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述的填补牙齿模型倒凹的方法的步骤。

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