CN112288887B - 磨削模拟方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

磨削模拟方法、装置、电子设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种磨削模拟方法、装置、电子设备和存储介质，该方法包括：更新磨削器械在虚拟三维场景下的器械三维模型的位置信息；基于更新后的位置信息，确定磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与器械三维模型的位置关系；基于位置关系为器械外部的所有表面三角片构建第一骨骼模型，基于位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型；基于器械三维模型和第二骨骼模型，构建表征手术部位的磨削面的磨削骨骼模型；合并第一骨骼模型和磨削骨骼模型，得到基于动作信息更新后的骨骼三维模型。本发明实施例提供的方法、装置、电子设备和存储介质，缩减了磨削模拟方法的运算量，保证了磨削模拟的实时性。

Description

磨削模拟方法、装置、电子设备和存储介质
技术领域
本发明涉及医疗器械处理技术领域，尤其涉及一种磨削模拟方法、装置、电子设备和存储介质。
背景技术
随着计算机技术的发展，手术导航系统开始广泛地应用于脑外科、骨科、牙科等临床领域。手术导航系统，是将病人术前或术中影像数据和手术床上病人解剖结构准确对应，手术中跟踪手术器械并将手术器械的位置在病人影像上以虚拟器械的形式实时更新显示，使医生对手术器械相对病人解剖结构的位置一目了然，使外科手术更快速、更精确、更安全。
在骨科等涉及磨削或钻孔的操作中，为了在导航虚拟图像上模拟磨削过程，需要准确的将模型上被切削部分予以删除。在手术过程中，模拟患处的骨骼模型需要根据实际的磨削动作进行实时的计算更新，从而确保骨骼模型能够准确反映实际的手术情况。然而，当前的磨削模拟过程计算量巨大，计算过程十分缓慢，直接影响了导航手术的实时性。
发明内容
本发明实施例提供一种磨削模拟方法、装置、电子设备和存储介质，用以解决现有技术中磨削模拟计算量大、实时性差的缺陷。
第一方面，本发明实施例提供一种磨削模拟方法，包括：
基于磨削器械的动作信息，更新所述磨削器械在虚拟三维场景下的器械三维模型的位置信息；
基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系；
基于所述位置关系为器械外部的所有表面三角片构建第一骨骼模型，基于所述位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型；
基于所述器械三维模型和所述第二骨骼模型，构建表征所述手术部位的磨削面的磨削骨骼模型；
合并所述第一骨骼模型和所述磨削骨骼模型，得到基于所述动作信息更新后的骨骼三维模型。
可选地，所述基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系，包括：
基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述器械三维模型的中心与所述骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离、点距离和点面投影中的至少一种；
基于所述器械三维模型的中心与所述骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系。
可选地，所述磨削器械为球钻，所述器械三维模型的尺寸参数包括外接圆半径和内接圆半径。
可选地，所述基于所述器械三维模型的中心与所述骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系，包括：
若所述器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的面距离大于所述外接圆半径，则确定所述位置关系为器械外部；
否则，基于所述器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系。
可选地，所述基于所述器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系，包括：
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离一部分大于所述外接圆半径，另一部分小于所述外接圆半径，则确定所述位置关系为相交；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均小于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的点距离均小于所述内接圆半径，则确定所述位置关系为器械内部；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均小于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的点距离部分或全部大于所述内接圆半径，则确定所述位置关系为相交；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均大于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心在所述任一表面三角片所处平面上的投影位于所述任一表面三角片内部，则确定所述位置关系为相交；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均大于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心在所述任一表面三角片所处平面上的投影位于所述任一表面三角片外部，确定所述位置关系为器械外部。
可选地，所述基于所述器械三维模型和所述第二骨骼模型，构建表征所述手术部位的磨削面的磨削骨骼模型，包括：
对所述第二骨骼模型和所述器械三维模型执行布尔减运算，得到所述磨削骨骼模型。
可选地，所述基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系，包括：
若更新后的所述器械三维模型的位置信息与更新前的所述器械三维模型的位置信息之间的距离大于等于预设距离阈值，则基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系。
第二方面，本发明实施例提供一种磨削模拟装置，包括：
定位更新单元，用于基于磨削器械的动作信息，更新所述磨削器械在虚拟三维场景下的器械三维模型的位置信息；
位置关系确定单元，用于基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系；
模型分离单元，用于基于所述位置关系为器械外部的所有表面三角片构建第一骨骼模型，基于所述位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型；
磨削模拟单元，用于基于所述器械三维模型和所述第二骨骼模型，构建表征所述手术部位的磨削面的磨削骨骼模型；
合并更新单元，用于合并所述第一骨骼模型和所述磨削骨骼模型，得到基于所述动作信息更新后的骨骼三维模型。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，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第一方面提供的磨削模拟方法的步骤。
第四方面，本发明实施例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如第一方面提供的磨削模拟方法的步骤。
本发明实施例提供的磨削模拟方法、装置、电子设备和存储介质，将位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型，进而构建表征手术部位的磨削面的磨削骨骼模型，大大缩减了磨削模拟方法的运算量，提高了磨削模拟的更新效率，保证了磨削模拟的实时性。
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为本发明实施例提供的磨削模拟方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的器械三维模型示意图；
图3为本发明实施例提供的器械三维模型的尺寸参数示意图；
图4为本发明实施例提供的器械三维模型的中心与骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离的示意图；
图5为本发明实施例提供的器械三维模型的中心与骨骼三维模型中任一表面三角片之间的边距离的示意图；
图6为本发明实施例提供的器械三维模型与骨骼三维模型中任一表面三角片相交的示意图；
图7为本发明实施例提供的第二骨骼模型的示意图；
图8为本发明实施例提供的布尔减运算示意图；
图9为本发明实施例提供的模型合并的示意图；
图10为本发明实施例提供的磨削模拟装置的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
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。
图1为本发明实施例提供的磨削模拟方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
步骤110，基于磨削器械的动作信息，更新磨削器械在虚拟三维场景下的器械三维模型的位置信息。
具体地，在手术过程中，手术导航系统可以跟踪手术器械的动作，并将手术器械的动作反馈到虚拟三维场景下手术器械对应模型的位置、姿态变化。在骨科或者牙科手术中，由于人体骨骼形状并不规则，通常采用球钻等磨削器械来平整骨面，此处，磨削器械即可以进行磨削的手术器械。
磨削器械的动作信息具体可以是通过设置在磨削器械上的姿态传感器、速度传感器等采集得到的磨削器械的姿态变化、位置变化等信息。器械三维模型即基于磨削器械构建的三维表面模型。在得到磨削器械的动作信息后，可以基于其动作信息实时更新虚拟三维场景下的器械三维模型的位置信息。此处的位置信息可以是具体在虚拟三维场景下的坐标信息。
步骤120，基于更新后的器械三维模型的位置信息，确定磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系。
步骤130，基于位置关系为器械外部的所有表面三角片构建第一骨骼模型，基于位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型。
步骤140，基于器械三维模型和第二骨骼模型，构建表征手术部位的磨削面的磨削骨骼模型。
具体地，在磨削器械发生磨削的过程中，随着磨削器械的动作，对应手术部位的骨骼被磨削，对应在虚拟三维场景下的骨骼三维模型也应当随着手术部位发生的变化而变化。此处，骨骼三维模型为基于手术部位构建的三维表面模型，三维表面模型由大量表面三角面构成。
首先，可以根据更新后的器械三维模型的位置信息，以及骨骼三维模型中各个表面三角面本身的位置信息，可以得到器械三维模型与骨骼三维模型中的各个表面三角面之间的相对位置，进而确定器械三维模型与骨骼三维模型中的各个表面三角面之间的位置关系。针对于骨骼三维模型中的任一表面三角面，位置关系可以是器械外部、相交、器械内部中的任意一种，其中器械外部即指该表面三角片处于器械三维模型的外部，相交即指该表面三角片与器械三维模型的表面三角片相交，器械内部即指该表面三角片处于器械三维模型的内部。
在得到骨骼三维模型中所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系之后，可以基于位置关系为器械外部的所有表面三角片构建第一骨骼模型，基于位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型。
此后，可以确定第二骨骼模型中的各个表面三角片与骨骼三维模型相交的位置，从而得到手术部位并磨削器械磨削后映射在虚拟三维场景下的模拟轮廓，进而得到表征手术部位的磨削面的磨削骨骼模型。相较于基于骨骼三维模型整体和器械三维模型调整骨骼三维模型磨削面的方案，步骤140中仅应用骨骼三维模型中的一部分，即第二骨骼模型结合器械三维模型调整骨骼三维模型磨削面，能够显著降低运算量，提高计算效率和仿真效率。
步骤150，合并第一骨骼模型和磨削骨骼模型，得到基于动作信息更新后的骨骼三维模型。
具体地，在得到磨削骨骼模型之后，仅需将磨削骨骼模型与包含了所有在器械三维模型外部的表面三角片的第一骨骼模型进行合并，既可以得到磨削动作执行后的更新的骨骼三维模型。
在此之后，如果再次检测到磨削器械的动作信息，还可以继续更新器械三维模型的位置信息，并确定更新得到的骨骼三维模型中所有表面三角片与位置信息更新后的器械三维模型之间的位置关系，进而实现骨骼三维模型的实时更新，以精准模拟手术过程中手术部位的状况。
本发明实施例提供的方法，将位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型，进而构建表征手术部位的磨削面的磨削骨骼模型，大大缩减了磨削模拟方法的运算量，提高了磨削模拟的更新效率，保证了磨削模拟的实时性。
基于上述实施例，步骤120包括：
步骤121，基于更新后的器械三维模型的位置信息，确定器械三维模型的中心与骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离和点距离中的至少一种；
步骤122，基于器械三维模型的中心与骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及器械三维模型的尺寸参数，确定该表面三角片与器械三维模型的位置关系。
具体地，在判断骨骼三维模型中任一表面三角片与器械三维模型之间的位置关系时，可以从该表面三角片与器械三维模型的中心之间的距离进行衡量，具体可以是面距离、边距离和点距离中的至少一中。其中，面距离是指器械三维模型的中心到该表面三角片所处平面的最短距离，边距离是指器械三维模型的中心分别到该表面三角片的三个边的最短距离，点距离是指器械三维模型的中心分别到该表面三角片的三个顶点的距离。此外，还可以根据该表面三角片与器械三维模型的中心之间的相对位置进行衡量，具体可以是点面投影，点面投影用于表征器械三维模型的中心在该表面三角片所处平面上的投影处于该表面三角片之内还是之外。
器械三维模型的尺寸参数具体可以是与器械三维模型的中心相关的尺寸大小，例如器械三维模型为球形时，其尺寸参数可以是球形的半径。
可以通过衡量该表面三角片与器械三维模型的中心之间的距离，以及器械三维模型的尺寸参数之间的大小关系，确定该表面三角片与器械三维模型之间的位置关系。
基于上述任一实施例，图2为本发明实施例提供的器械三维模型示意图，如图2所示，磨削器械为球钻，器械三维模型的尺寸参数包括外接圆半径和内接圆半径。
具体地，在计算机图形学中，球体通常由数量有限的经线和纬线之间的三角面片近似构成。在执行步骤110之前，可以根据球钻的半径r及经线纬线数量n在虚拟三维场景中创建并显示球钻模型S，其中n越大，则生成球钻模型越接近于理想球体，但同时三角面会越多，影响计算和渲染性能。一般n取大于6的值即能很较好的模拟理想球体。球钻模型S的所有点都在经线和纬线上。
由于球钻模型S不是理想球体，因此可以确定球钻模型S的外接圆和内接圆半径作为器械三维模型的尺寸参数。图3为本发明实施例提供的器械三维模型的尺寸参数示意图，如图3所示，球钻模型为图中实线示出的部分，外接圆为点划线示出的部分，内接圆为虚线示出的部分。考虑到球钻模型S的所有点都在经线和纬线上，因此外接圆半径re即为设定的球钻半径r。
设经线和纬线上任意相邻两点p1和p2与模型球心O的连线的夹角弧度为rad，则p1和p2的中心点与O的距离为d＝r·cos(rad/2)。赤道上相邻两点的夹角最大，其值为rad＝2π/n，其中n为经线或纬线数量，此时p1和p2的中心点与O的距离最短，所以球钻模型S的内接圆半径为ri＝d＝r·cos(π/n)。
基于上述任一实施例，步骤122具体包括：
若器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的面距离大于外接圆半径，则确定位置关系为器械外部；
否则，基于器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及器械三维模型的尺寸参数，确定该表面三角片与器械三维模型的位置关系。
具体地，在确定任一表面三角片的位置关系时，可以优先衡量器械三维模型的中心与该表面三角片之间的面距离和外接圆半径的大小关系。
图4为本发明实施例提供的器械三维模型的中心与骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离的示意图，图4中的D1即器械三维模型的中心O与骨骼三维模型中任一表面三角片cell之间的面距离。若D1>re，则确定位置关系为器械外部，否则进一步基于器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的边距离、点距离和点面投影中的至少一种进行判断。
基于上述任一实施例，基于器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及器械三维模型的尺寸参数，确定该表面三角片与器械三维模型的位置关系，包括：
若器械三维模型的中心与该表面三角片之间的边距离一部分大于外接圆半径，另一部分小于外接圆半径，则确定位置关系为相交；
若器械三维模型的中心与该表面三角片之间的边距离均小于外接圆半径，且器械三维模型的中心与该表面三角片之间的点距离均小于内接圆半径，则确定位置关系为器械内部；
若器械三维模型的中心与该表面三角片之间的边距离均小于外接圆半径，且器械三维模型的中心与该表面三角片之间的点距离部分或全部大于内接圆半径，则确定位置关系为相交；
若器械三维模型的中心与该表面三角片之间的边距离均大于外接圆半径，且器械三维模型的中心在该表面三角片所处平面上的投影位于该表面三角片内部，则确定位置关系为相交；
若器械三维模型的中心与该表面三角片之间的边距离均大于外接圆半径，且器械三维模型的中心在该表面三角片所处平面上的投影位于该表面三角片外部，确定该位置关系为器械外部。
具体地，在D1<re的情况下，可以进一步衡量器械三维模型的中心与该表面三角片之间的线距离与外接圆半径的大小关系：
图5为本发明实施例提供的器械三维模型的中心与骨骼三维模型中任一表面三角片之间的边距离的示意图，图5中的D2即器械三维模型的中心O与骨骼三维模型中任一表面三角片cell之间的一个边距离。若三个边距离中，有的边距离D2>re，也有的边距离D2<re，则确定位置关系为相交，否则需要结合边距离和点距离作进一步判断：
若三个边距离均小于外接圆半径re，则继续判断cell的三个顶点与中心O的点距离D3：
如果三个点距离均小于内接圆半径ri，则确定位置关系为器械内部，如果三个点距离中存在大于内接圆半径ri的点距离，则确定位置关系为相交。图6为本发明实施例提供的器械三维模型与骨骼三维模型中任一表面三角片相交的示意图，图6示出的即是在面距离小于外接圆半径re的情况下，三个边距离均小于外接圆半径re且三个点距离中存在大于内接圆半径ri的点距离的情况。
如果三个边距离均大于内接圆半径ri，则继续判断器械三维模型的中心相对于该表面三角片的点面投影：
如果器械三维模型的中心O在表面三角片cell所处平面上的投影位于cell内部，则确定位置关系为相交，否则确定位置关系为器械外部。
图7为本发明实施例提供的第二骨骼模型的示意图，如图7所示，将骨骼三维模型中所有位置关系为相交的表面三角片构建为第二骨骼模型，即图中环绕着器械三维模型S的第二骨骼模型M2。
基于上述任一实施例，步骤140包括：
对第二骨骼模型和器械三维模型执行布尔减运算，得到磨削骨骼模型。
具体地，虚拟三维场景下的布尔运算可用于对任意两个三维模型进行交、并、差等操作。图8为本发明实施例提供的布尔减运算示意图，图8左侧为执行布尔减运算之前的第二骨骼模型M2和器械三维模型S，右侧为对第二骨骼模型M2和器械三维模型S执行布尔减运算后得到的磨削骨骼模型M3，图中虚线部分均被删除，磨削骨骼模型M3为器械三维模型S位于第二骨骼模型M2内部的部分，以及第二骨骼模型M2位于器械三维模型S外部的部分。
本发明实施例提供的方法，仅对于第二骨骼模型和器械三维模型执行布尔减运算，有效降低了磨削模拟的计算量，提高了磨削模拟的实时性。
基于上述任一实施例，步骤150包括：
基于第一骨骼模型和第二骨骼模型的边缘点的对应关系，合并第一骨骼模型和磨削骨骼模型，得到基于动作信息更新后的骨骼三维模型。
此处，第一骨骼模型和第二骨骼模型的边缘点的对应关系可以表示为数组array的形式。具体可以在步骤130之后，从第二骨骼模型中遍历所有处于边界且是在器械模型外部的点，并将这些点在第一骨骼模型中对应的点记录在数组array中。
对应在合并时，可以遍历数组array中记录中第一骨骼模型中的每个点，并在磨削骨骼模型的所有边界点中查找与之距离最近的点，并对这两个点进行合并，从而使得两个独立的模型，即第一骨骼模型和磨削骨骼模型能够合并成为一个封闭的模型，得到更新后的骨骼三维模型，可以应用更新后的骨骼三维模型替代上一循环周期中的骨骼三维模型，即更新之前的骨骼三维模型，从而实现磨削模拟的实时更新。图9为本发明实施例提供的模型合并的示意图，如图9所示，第一骨骼模型M1和磨削骨骼模型M3进行合并，得到了磨削后的骨骼三维模型。
基于上述任一实施例，步骤120包括：
若更新后的器械三维模型的位置信息与更新前的器械三维模型的位置信息之间的距离大于等于预设距离阈值，则基于更新后的器械三维模型的位置信息，确定磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系。
具体地，为避免因磨削器械的微小抖动产生无意义的计算而影响模拟的实时性，可以预先设置预设距离阈值，用于衡量磨削器械的动作是否属于无意义的微小抖动。具体可以基于更新前后的器械三维模型的位置信息，计算更新前后器械三维模型移动的距离，进而比较该距离和预设距离阈值之间的大小。例如，预设移动距离阈值可以设置为0.1毫米。
若该距离大于预设距离阈值，则基于更新后的器械三维模型的位置信息，确定磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系，从而更新骨骼三维模型；
若该距离小于等于预设距离阈值，则确定当前动作属于无意义的微小抖动，不更新骨骼三维模型。
本发明实施例提供的方法，通过预设距离阈值的设置，避免了因磨削设备微小抖动产生无意义的计算而影响模拟的实时性的情况，进一步提高了磨削模拟的实时性。
基于上述任一实施例，图10为本发明实施例提供的磨削模拟装置的结构示意图，如图10所示，该装置包括定位更新单元1010、位置关系确定单元1020、模型分离单元1030、磨削模拟单元1040和合并更新单元1050；
其中，定位更新单元1010用于基于磨削器械的动作信息，更新所述磨削器械在虚拟三维场景下的器械三维模型的位置信息；
位置关系确定单元1020用于基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系；
模型分离单元1030用于基于所述位置关系为器械外部的所有表面三角片构建第一骨骼模型，基于所述位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型；
磨削模拟单元1040用于基于所述器械三维模型和所述第二骨骼模型，构建表征所述手术部位的磨削面的磨削骨骼模型；
合并更新单元1050用于合并所述第一骨骼模型和所述磨削骨骼模型，得到基于所述动作信息更新后的骨骼三维模型。
本发明实施例提供的装置，将位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型，进而构建表征手术部位的磨削面的磨削骨骼模型，大大缩减了磨削模拟方法的运算量，提高了磨削模拟的更新效率，保证了磨削模拟的实时性。
基于上述任一实施例，位置关系确定单元1020包括：
相对参数确定子单元，用于基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述器械三维模型的中心与所述骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离、点距离和点面投影中的至少一种；
位置关系判断单元，用于基于所述器械三维模型的中心与所述骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系。
基于上述任一实施例，所述磨削器械为球钻，所述器械三维模型的尺寸参数包括外接圆半径和内接圆半径。
基于上述任一实施例，位置关系判断单元用于：
若所述器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的面距离大于所述外接圆半径，则确定所述位置关系为器械外部；
否则，基于所述器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系。
基于上述任一实施例，位置关系判断单元用于：
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离一部分大于所述外接圆半径，另一部分小于所述外接圆半径，则确定所述位置关系为相交；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均小于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的点距离均小于所述内接圆半径，则确定所述位置关系为器械内部；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均小于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的点距离部分或全部大于所述内接圆半径，则确定所述位置关系为相交；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均大于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心在所述任一表面三角片所处平面上的投影位于所述任一表面三角片内部，则确定所述位置关系为相交；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均大于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心在所述任一表面三角片所处平面上的投影位于所述任一表面三角片外部，确定所述位置关系为器械外部。
基于上述任一实施例，磨削模拟单元1040用于：
对所述第二骨骼模型和所述器械三维模型执行布尔减运算，得到所述磨削骨骼模型。
基于上述任一实施例，位置关系确定单元1020用于：
若更新后的所述器械三维模型的位置信息与更新前的所述器械三维模型的位置信息之间的距离大于等于预设距离阈值，则基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系。
图11为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图11所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1110、通信接口(Communications Interface)1120、存储器(memory)1130和通信总线1140，其中，处理器1110，通信接口1120，存储器1130通过通信总线1140完成相互间的通信。处理器1110可以调用存储器1130中的逻辑命令，以执行如下方法：
基于磨削器械的动作信息，更新所述磨削器械在虚拟三维场景下的器械三维模型的位置信息；
基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系；
基于所述位置关系为器械外部的所有表面三角片构建第一骨骼模型，基于所述位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型；
基于所述器械三维模型和所述第二骨骼模型，构建表征所述手术部位的磨削面的磨削骨骼模型；
合并所述第一骨骼模型和所述磨削骨骼模型，得到基于所述动作信息更新后的骨骼三维模型。
此外，上述的存储器1130中的逻辑命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，包括若干命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。
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方法，例如包括：
基于磨削器械的动作信息，更新所述磨削器械在虚拟三维场景下的器械三维模型的位置信息；
基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系；
基于所述位置关系为器械外部的所有表面三角片构建第一骨骼模型，基于所述位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型；
基于所述器械三维模型和所述第二骨骼模型，构建表征所述手术部位的磨削面的磨削骨骼模型；
合并所述第一骨骼模型和所述磨削骨骼模型，得到基于所述动作信息更新后的骨骼三维模型。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干命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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
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 (7)

1.一种磨削模拟方法，其特征在于，包括：
基于磨削器械的动作信息，更新所述磨削器械在虚拟三维场景下的器械三维模型的位置信息；
基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系；
基于所述位置关系为器械外部的所有表面三角片构建第一骨骼模型，基于所述位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型；
基于所述器械三维模型和所述第二骨骼模型，构建表征所述手术部位的磨削面的磨削骨骼模型；
合并所述第一骨骼模型和所述磨削骨骼模型，得到基于所述动作信息更新后的骨骼三维模型；
所述基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系，包括：
基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述器械三维模型的中心与所述骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离、点距离和点面投影中的至少一种；
基于所述器械三维模型的中心与所述骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系；
所述磨削器械为球钻，所述器械三维模型的尺寸参数包括外接圆半径和内接圆半径；
所述基于所述器械三维模型的中心与所述骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系，包括：
若所述器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的面距离大于所述外接圆半径，则确定所述位置关系为器械外部；
否则，基于所述器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系。
2.根据权利要求1所述的磨削模拟方法，其特征在于，所述基于所述器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系，包括：
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离一部分大于所述外接圆半径，另一部分小于所述外接圆半径，则确定所述位置关系为相交；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均小于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的点距离均小于所述内接圆半径，则确定所述位置关系为器械内部；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均小于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的点距离部分或全部大于所述内接圆半径，则确定所述位置关系为相交；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均大于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心在所述任一表面三角片所处平面上的投影位于所述任一表面三角片内部，则确定所述位置关系为相交；
若所述器械三维模型的中心与所述任一表面三角片之间的边距离均大于所述外接圆半径，且所述器械三维模型的中心在所述任一表面三角片所处平面上的投影位于所述任一表面三角片外部，确定所述位置关系为器械外部。
3.根据权利要求1或2所述的磨削模拟方法，其特征在于，所述基于所述器械三维模型和所述第二骨骼模型，构建表征所述手术部位的磨削面的磨削骨骼模型，包括：
对所述第二骨骼模型和所述器械三维模型执行布尔减运算，得到所述磨削骨骼模型。
4.根据权利要求1或2所述的磨削模拟方法，其特征在于，所述基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系，包括：
若更新后的所述器械三维模型的位置信息与更新前的所述器械三维模型的位置信息之间的距离大于等于预设距离阈值，则基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系。
5.一种磨削模拟装置，其特征在于，包括：
定位更新单元，用于基于磨削器械的动作信息，更新所述磨削器械在虚拟三维场景下的器械三维模型的位置信息；
位置关系确定单元，用于基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述磨削器械对应手术部位在虚拟三维场景下的骨骼三维模型的所有表面三角片与所述器械三维模型的位置关系；
模型分离单元，用于基于所述位置关系为器械外部的所有表面三角片构建第一骨骼模型，基于所述位置关系为相交的所有表面三角片构成第二骨骼模型；
磨削模拟单元，用于基于所述器械三维模型和所述第二骨骼模型，构建表征所述手术部位的磨削面的磨削骨骼模型；
合并更新单元，用于合并所述第一骨骼模型和所述磨削骨骼模型，得到基于所述动作信息更新后的骨骼三维模型；
所述位置关系确定单元包括：
相对参数确定子单元，用于基于更新后的所述器械三维模型的位置信息，确定所述器械三维模型的中心与所述骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离、点距离和点面投影中的至少一种；
位置关系判断单元，用于基于所述器械三维模型的中心与所述骨骼三维模型中任一表面三角片之间的面距离、边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系；
所述磨削器械为球钻，所述器械三维模型的尺寸参数包括外接圆半径和内接圆半径；
所述位置关系判断单元具体用于：
若所述器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的面距离大于所述外接圆半径，则确定所述位置关系为器械外部；
否则，基于所述器械三维模型的中心与任一表面三角片之间的边距离、点距离和点面投影中的至少一种，以及所述器械三维模型的尺寸参数，确定所述任一表面三角片与所述器械三维模型的位置关系。
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4任一项所述的磨削模拟方法的步骤。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的磨削模拟方法的步骤。
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