CN113298684B - 一种牙体形态教学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种牙体形态教学系统，包括：用户模块接收用户的牙体学习需求，确定牙体教学方案，并追踪学生的模仿视频；轮廓教学模块通过所述牙体教学方案，确定牙体的构成材料和基本外形，并基于牙体解剖构建牙体的轮廓外形；比例教学模块通过所述牙体教学方案，确定牙体的空间特征，并基于所述空间特征在牙体的轮廓外形上添加辅助线，确定牙体的外形比例；特征融合教学模块基于所述轮廓外形和外形比例，生成牙体的雕刻场景，进行牙体轮廓和比例的融合，生成模拟牙体；功能组织教学模块基于牙体教学方案，确定牙体的生理组织，并堆塑原理在模拟牙体上，构成目标牙体；教学质量模块获取所述模仿视频，确定教学质量。
Description
技术领域
本发明涉及牙科教学技术领域，特别涉及一种牙体形态教学系统。
背景技术
目前，现有大部分的学校的牙体状态学习的教学依然沿袭学科教育模式，单一的石膏牙雕刻培养的口腔医学生动手能力不强，不满足学科的实际需求，更不符合目前职业教育发展的核心思想。牙体解剖课中牙齿形态学的教学一直是口腔专业教学的重点、难点。
发明内容
本发明提供一种牙体形态教学系统，用以解决单一的石膏牙雕刻培养的口腔医学生动手能力不强，不满足学科的实际需求，更不符合目前职业教育发展的核心思想的情况。
一种牙体形态教学系统，包括：
用户模块：用于接收用户的牙体学习需求，确定对应的牙体教学方案，并追踪学生在教学过程中的模仿视频；
轮廓教学模块：用于通过所述牙体教学方案，确定牙体的构成材料和基本外形，并基于牙体解剖构建牙体的轮廓外形；
比例教学模块：用于通过所述牙体教学方案，确定牙体的空间特征，并基于所述空间特征在牙体的轮廓外形上添加辅助线，确定牙体的外形比例；
特征融合教学模块：用于基于所述轮廓外形和外形比例，生成牙体的雕刻场景，进行牙体轮廓和比例的融合，生成模拟牙体；
功能组织教学模块：用于基于所述牙体教学方案，确定牙体的生理组织，并基于堆塑原理在所述模拟牙体上进行分层堆塑，构成目标牙体；
教学质量模块：用于获取所述模仿视频，判断模仿视频中学生在不同教学模块的完成度，确定教学质量。
作为本发明的一种实施例：所述系统还包括：
讲解模块：用于在教学过程中，基于解剖学原理，对牙体的特征和牙体的形态塑造的操作步骤进行讲解；
提醒模块：用于根据所述模仿视频，计算学生当前的模拟操作和牙体教学方案中的教学操作的差值，并基于所述差值进行错误提醒；
互动模块：用于在进行教学过程中，布置模仿任务和随机问答，并根据所述模仿视频确定用户的模仿结果和问答结果；
姿态提供模块：用于在具有模仿任务时，构建模仿空间，抓取用户手部的动态姿态，根据所述动态姿态在模仿空间中生成对应的动态操作。
作为本发明的一种实施例：所述姿态提供模块根据所述动态姿态在模仿空间中生成对应的动态操作，包括如下步骤：
步骤1：将所述模仿视频进行分帧，按帧数和时间顺序划分为多个模仿图像，对模仿图像中用户手部的姿态和元素进行抓取，构成用户的姿态矩阵；
其中，Bl表示第l帧图像对应的手部形状特征；Yl表示第l帧图像对应的手部的元素特征；Jl表示第l帧图像对应的手部的角度特征；Cl表示第l帧图像对应的手部的操作特征；tl表示第l帧图像对应的时间点；l＝1,2,3，……k；k表示模仿视频分帧的总数目；
步骤2：根据所述姿态矩阵，通过下式生成用户手部在模仿空间中的模仿姿态模型：
其中，α表示映射至模仿空间中手部的元素仿真系数；β表示映射至模仿空间中手部的角度仿真系数；表示映射至模仿空间中时手部的操作仿真系数；ω表示映射至模仿空间中时时间点的仿真系数；
步骤3：根据所述模仿姿态模型，确定每帧图像在进行仿真后的仿真特征；
其中，表示第l帧图像仿真后的手部形状仿真特征；/>表示第l帧图像仿真后的手部的元素仿真特征；/>表示第l帧图像仿真后的手部的角度仿真特征；/>表示第l帧图像仿真后的手部的操作仿真特征；/>表示第l帧图像仿真后的时间仿真参数；
步骤4，根据所述仿真后的仿真特征，在仿真空间中生成对应的动态操作函数：
其中，θ表示模仿空间中的梯度分量；ζi表示第l帧图像在模仿空间中的目标符合度；E(i)表示第l帧图像在模仿空间中的动态操作函数。
作为本发明的一种实施例：所述用户模块包括：
需求获取单元：用于通过互动式教学设备，获取学生的教学需求信息，确定学生需要学习的牙体类型；
所述互动式教学设备包括：视频显示设备、材料提供设备、语音设备、摄像设备和服务终端设备；
用户选择单元：用于根据所述牙体类型，生成多种对应牙体类型的牙体在不同状态下的牙体选择界面供用户选择；其中，
所述不同状态至少包括：病态和常态；
方案选择单元：用于获取用户的选择结果，并确定对应的牙体教学方案；其中，
所述牙体教学方案由轮廓教学、比例教学、特征融合教学和功能组织教学四个教学部分组成；
实时追踪单元：用于通过所述摄像设备拍摄学生在教学过程中的模仿视频。
作为本发明的一种实施例：所述轮廓教学模块包括：
材料确定单元：用于根据所述牙体教学方案，确定待学习的牙体的组成材料，根据所述组成材料的材料特性确定教学时牙体的构成材料；
外形确定单元：用于获取用户选取的教学牙体在不同视面下的形状特征，确定教学时牙体的基本外形；
轮廓搭建单元：用于将所述构成材料进行堆积塑形成牙体的外形基体，并基于牙体的基本外形和解剖特征将所述外形基体处理为轮廓外形；其中，
所述解剖特征包括：牙体沟特征、牙体窝特征、牙体尖特征、牙体嵴特征、牙体面特征。
作为本发明的一种实施例：所述比例教学模块包括：
特征确定单元：用于根据解剖学的牙体划分方式，确定牙体的空间特征；其中，
所述牙体划分方式至少包括：中线划分、牙体长轴划分、三等分划分；
牙体框架构建单元：用于根据所述中线划分，将牙体按照压根和牙冠划分为对称分布的两部分，生成矩形牙体框架；
长轴划分单元：用于根据所述长轴划分，在所述矩形牙体框架上设置长轴辅助线，确定牙体长轴的倾斜线；
三等分单元：用于在所述牙体框架的牙冠部分进行三等划分，绘制牙冠三等分的标志线；
外形比例单元：用于根据所述矩形牙体框架的倾斜线和标志线，确定牙体的外形比例。
作为本发明的一种实施例：所述特征融合教学模块还包括：
场景搭建单元：用于基于所述轮廓外形，搭建牙体雕刻场景，生成虚拟牙体；
绘图单元：用于在所述虚拟牙体上绘制基于外形比例的线条图；
标记单元：用于检测所述虚拟牙体的外形标准，并在不同轴面的外形高点进行虚拟标记；其中，
所述外形标准包括：宽度标准和高度标准；
二面体单元：用于去除所述虚拟牙体上的多余部位，生成二面体；
四面体单元：用于将所述二面体侧部的多余部位去除，生成具有轴面的四面体牙体；
外形生成单元：用于在所述四面体进行弧度调节，生成模拟牙体。
作为本发明的一种实施例：所述功能组织教学模块包括：
组织分类模块：用于基于牙齿的硬件组织，确定牙体的牙体特性；其中
所述牙体特性包括：牙釉质、牙骨质、牙本质和牙髓；
分层单元：用于对所述牙体的硬组织进行分析，确定每一层的硬组织；
堆塑单元：用于在确定每一层的硬组织子厚，进行对每一层的硬组织进行堆塑，生成目标牙体。
作为本发明的一种实施例：所述教学质量模块包括：
视频分析单元：用于将所述模仿视频划分为多个学习节点，分别判断每个学习节点的模仿完成度；
教学状态单元：用于根据所述模仿完成度，分别分析学生在不同教学模块的完成度；其中，
所述教学模块包括：轮廓教学、比例教学、特征融合教学和功能组织教学；
教学质量判断单元：用于根据学生在不同模块的教学完成度，对学生进行打分，确定教学质量。
作为本发明的一种实施例：所述教学质量模块确定教学质量还包括：
步骤1：根据每个教学节点，确定每个教学节点的学习参数：
其中，Zi表示第i个教学节点的教学内容特征；δ表示教学步骤系数；Wi表示第i个教学节点的错误模仿次数；ρi表示第i个教学节点的教学事件；qi表示第i个教学节点的权重；表示第i个教学节点的第ε个教学步骤的模仿状态系数；Ej表示第j个教学模块的特征参数；i＝1,2,3，……n，n表示教学节点的总个数；j＝1,2,3，……m，m表示教学模块的总个数；
步骤2：根据所述试题中每个教学节点的特征，确定教学模块的模仿正确率：
其中，r·表示教学节点的正确模仿系数；r表示教学节点的错误模仿系数；Di表示第i个教学节点的实时模仿参数；d表示教学节点的模仿正确阈值；表示第i个教学节点的属于第j个教学模块时的状态系数；
步骤3：根据所述学习参数和模仿正确率，确定整个教学过程中的模仿分数：
其中，Y表示在教学学习的过程中的模仿分数。
本发明目的是：从认识事物的基本规律出发，由浅入深、由表及里、由此及彼不断深化的过程；从初步感知牙体的外形，到深入理解牙齿的解剖细节，再到体会形态与功能的关系，将此过程总结为“牙体形态四步教学法”。通过“牙体形态四步法”的教学，使口腔专业的医学生在学习牙体形态的过程中，认识牙体形态与牙齿功能的关系。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明实施例中一种牙体形态教学系统的系统组成图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1所示，本发明为一种牙体形态教学系统，包括：
用户模块：用于接收用户的牙体学习需求，确定对应的牙体教学方案，并追踪学生在教学过程中的模仿视频；
牙体学习需求就是判断用户需要学习的牙体类型，例如：切牙，尖牙，前磨牙和磨牙。学习的时候不仅需要学习正常牙体，还会学习病态牙体，例如龅牙、牙周炎、牙髓炎、龋齿等等。牙体教学方案就是不同需求下的教学方案，让学生可以认识这个牙齿，知道为什么会得病，并基于牙体的模仿制作，对不同牙体都有准确认知。并且在教学的时候会包括让学生根据视频，进行模仿制作一个牙体的模型，而制作牙体模型的过程会进行采集，生成模仿视频。
轮廓教学模块：用于通过所述牙体教学方案，确定牙体的构成材料和基本外形，并基于牙体解剖构建牙体的轮廓外形；牙体的构成材料存在陶瓷类、金属类、碳素类、高分子材料类和复核材料类等等，本发明会根据教学方案中的材料，和不同牙体适合的材料进行选择。基本外形就是病态或者正常状态下的外形。而轮廓外形就是牙体的外部形状。
比例教学模块：用于通过所述牙体教学方案，确定牙体的空间特征，并基于所述空间特征在牙体的轮廓外形上添加辅助线，确定牙体的外形比例；添加辅助线的作用最大的作用是能够分辨出牙体的结构，各部分的比例，进而确定出牙体各方面的比例状况。
特征融合教学模块：用于基于所述轮廓外形和外形比例，生成牙体的雕刻场景，进行牙体轮廓和比例的融合，生成模拟牙体；
功能组织教学模块：用于基于所述牙体教学方案，确定牙体的生理组织，并基于堆塑原理在所述模拟牙体上进行分层堆塑，构成目标牙体；为了让牙体更加贴合实物状态，所以本发明会进行牙体生理阻值的分层堆塑，进而形成牙体。
教学质量模块：用于获取所述模仿视频，判断模仿视频中学生在不同教学模块的完成度，确定教学质量。教学自然会去判断教学质量，而本发明判断教学质量的方式就是根据模仿完成度判断出教学质量。
本发明原理在于：根据用户的需求，选择对应的牙体类型的学习视频进行学习在这个学习过程中分为四个步骤：轮廓教学中将“玩泥巴”的理念应用于智慧教学实践的教学中。使用仿真工具，将虚拟的橡皮泥堆积、塑形出牙齿的基本外形，让学生对牙体形态的基本外形建立初步的印象，将“前牙像铲子，后牙像磨盘”用橡皮泥体现出来，在学生的头脑中初步形成牙体形态的基本轮廓。运用橡皮泥的堆积，将牙体解剖形态的理论知识，通过橡皮泥立体地表现出来，建立立体的概念；同时，也初步理解牙体解剖知识中的沟、窝、尖、嵴、面等。比例教学中通过在虚拟空间中绘制(直接通过软件拉取)牙体线条图，借助辅助线画出牙体的基本轮廓，利用平面图形，表达牙齿各面的外形；同时，引出部分解剖术语，中线、牙体中心线、牙体长轴、三等分等概念，通过线条表达牙齿的弧度特征、角度特征等。在特征融合阶段：在虚拟场景通过真实的仿真模拟场景进行特融合，最后基于牙体表面的分层结构实现牙体的功能构建，最后通过教学质量的检测，确定叫教学质量。
本发明目的是：从认识事物的基本规律出发，由浅入深、由表及里、由此及彼不断深化的过程；从初步感知牙体的外形，到深入理解牙齿的解剖细节，再到体会形态与功能的关系，将此过程总结为“牙体形态四步教学法”。通过“牙体形态四步法”的教学，使口腔专业的医学生在学习牙体形态的过程中，认识牙体形态与牙齿功能的关系。
作为本发明的一种实施例：所述系统还包括：
讲解模块：用于在教学过程中，基于解剖学技术，对牙体的特征和牙体的形态塑造的操作步骤进行讲解；
本发明是要基于解刨学技术，属于牙体解刨学，根据牙体解刨学能够清楚的分辨出牙体的各种状态、各种比例、属于牙齿深度解读的技术原理。这种技术也能够帮助在学习的时候进行牙体的特征和形态进行塑造，因为本发明是一种教学系统，所以可以确定牙体在进行塑造的时候的状况。
提醒模块：用于根据所述模仿视频，计算学生当前的模拟操作和牙体教学方案中的教学操作的差值，并基于所述差值进行错误提醒；因为本发明中教学方案中牙体塑造的时候是一种按照步骤进行教学的牙体塑造视频，学生会在同时进行模仿操作，然后本发明会进行判断学生的步骤和教学视频的偏差，如果出错了，就会进行错误提醒，说明哪里错误，应该怎么改进。
互动模块：用于在进行教学过程中，布置模仿任务和随机问答，并根据所述模仿视频确定用户的模仿结果和问答结果；
在教学的时候肯定处于互动状态的话会提高学生的学习兴趣，所以本发明会进行随机布置任务和问答，进而确定问答的结果。
姿态提供模块：用于在具有模仿任务时，构建模仿空间，抓取用户手部的动态姿态，根据所述动态姿态在模仿空间中生成对应的动态操作。
本发明在进行教学的过程中，还会对操作步骤和相关内容进行讲解，并在进行模仿时的正确模仿和错误模仿予以提醒。而互动模块是为了提高学员的记忆能力，姿态提供模块是为了在虚拟空间中显示学员的模仿操作。
作为本发明的一种实施例：所述姿态提供模块根据所述动态姿态在模仿空间中生成对应的动态操作，包括如下步骤：
步骤1：将所述模仿视频进行分帧，按帧数和时间顺序划分为多个模仿图像，对模仿图像中用户手部的姿态和元素进行抓取，构成用户的姿态矩阵；
其中，Bl表示第l帧图像对应的手部形状特征；Yl表示第l帧图像对应的手部的元素特征；Jl表示第l帧图像对应的手部的角度特征；Cl表示第l帧图像对应的手部的操作特征；tl表示第l帧图像对应的时间点；l＝1,2,3，……k；k表示模仿视频分帧的总数目；
本发明在学生进行模仿操作的时候，会确定学生的模仿操作，因为本发明是基于视频来确定学生的模仿操作，所以建立以图像分帧的姿态矩阵，可以确定一段视频中，学生的所有操作。
步骤2：根据所述姿态矩阵，通过下式生成用户手部在模仿空间中的模仿姿态模型：
其中，α表示映射至模仿空间中手部的元素仿真系数；β表示映射至模仿空间中手部的角度仿真系数；表示映射至模仿空间中时手部的操作仿真系数；ω表示映射至模仿空间中时时间点的仿真系数；
本发明在模仿空间中进行模仿的时候，会基于仿真系数，这些仿真系数是通过神经网络通过大量仿真素材进行计算后得到的仿真系数。就表示时间点在仿真之后，时间点在仿真空间中仿真时间点，用于保持仿真的时候，学生每一个操作和下一个操作的时间间隔实际情况和仿真情况一致。/>表示仿真的时候，手部的操作仿真模型；/>用于保证实际操作中学生手部的角度在仿真后，仿真空间中的同步角度；/>表示实际操作中学生手部的元素在仿真后，仿真空间中的仿真元素。元素包括进行仿真的时候使用的工具、正在模仿的牙齿模型等等。仿真的姿态模型得到的是仿真的总姿态特征模型。
步骤3：根据所述模仿姿态模型，确定每帧图像在进行仿真后的仿真特征；
其中，表示第l帧图像仿真后的手部形状仿真特征；/>表示第l帧图像仿真后的手部的元素仿真特征；/>表示第l帧图像仿真后的手部的角度仿真特征；/>表示第l帧图像仿真后的手部的操作仿真特征；/>表示第l帧图像仿真后的时间仿真参数；表示时间点的仿真函数。N具有函数的意思。
本发明会在仿真的姿态模型后，确定每张图像上，手部的不同操作在仿真空间中的参数，所以本发明通过将每帧图像上手部的元素、角度、操作、时间点和手部自身在仿真空间中的具体特征参数。
步骤4，根据所述仿真后的仿真特征，在仿真空间中生成对应的动态操作函数：
其中，θ表示模仿空间中的梯度分量；ζi表示第l帧图像在模仿空间中的目标符合度；E(i)表示第l帧图像在模仿空间中的动态操作函数。
在确定了仿真空间中手部的不同元素后，本发明需要将手部的不同操作和状况以函数的形式体现出来。因此，本发明通过动态操作函数确定在仿真空间中每帧图像对应的操作。
作为本发明的一种实施例：所述用户模块包括：
需求获取单元：用于通过互动式教学设备，获取学生的教学需求信息，确定学生需要学习的牙体类型；
互动式教学设备就是学习终端，例如手机、平板、电脑等等，用于学生在通过本发明输入自己的学习需求，进而实现教学。当然，因为本发明是进行牙体教学，除了进行学习还需要自己的操作，所以互动式教学设备还包括摄像头和制作牙体模型的工具和材料的提供装置。这些在进行牙体学习的实验室中都存在。
所述互动式教学设备包括：视频显示设备、材料提供设备、语音设备、摄像设备和服务终端设备；
用户选择单元：用于根据所述牙体类型，生成多种对应牙体类型的牙体在不同状态下的牙体选择界面供用户选择；其中，
所述不同状态至少包括：病态和常态；
病态就是牙齿得病的状态，例如牙周炎、牙髓炎。常态就是牙齿健康的状体。
方案选择单元：用于获取用户的选择结果，并确定对应的牙体教学方案；其中，
所述牙体教学方案由轮廓教学、比例教学、特征融合教学和功能组织教学四个教学部分组成；
在确定了需要学习的牙体之后，本发明会根据教学方案，将牙体的学习划分为4个步骤，即轮廓学习、比例学习、特征融合学习和功能阻值学习等4个部分。
实时追踪单元：用于通过所述摄像设备拍摄学生在教学过程中的模仿视频。
本发明会根据用户的需求选择对应的教学方案，提供多种类型的牙体作为学员的选择，进而确定需要进行学习的牙体，同时进行四种教学方案相融合的教学。
作为本发明的一种实施例：所述轮廓教学模块包括：
材料确定单元：用于根据所述牙体教学方案，确定待学习的牙体的组成材料，根据所述组成材料的材料特性确定教学时牙体的构成材料；牙体的组成材料是进行修牙齿和补牙齿时采用的材料。这些材料能够在人体口腔内长期存在，但是在进行学习的时候，我们不能说就页采用同类材料，毕竟存在成本的问题，所以本发明只是采用相同的材料特性，这个特性是切割、挤压等情况下的物理特性。不会包含化学特性。
外形确定单元：用于获取用户选取的教学牙体在不同视面下的形状特征，确定教学时牙体的基本外形；
不同视面包括上下左右前后等留个视角方向的图像特征，通过在不同面上体现特征，来需求而定要制造得以确定教学时，牙体的基本外形。
轮廓搭建单元：用于将所述构成材料进行堆积塑形成牙体的外形基体，并基于牙体的基本外形和解剖特征将所述外形基体处理为轮廓外形；其中，
所述解剖特征包括：牙体沟特征、牙体窝特征、牙体尖特征、牙体嵴特征、牙体面特征。堆积塑性为两个词，先堆积后塑形，这也会以视频教学的形式体现出来。
本发明包括在虚拟空间中取大小均匀的橡皮泥块，组合成基本的牙齿外形。堆积形成基本的牙齿初始轮廓、牙冠的长度、宽度、牙根的外形，并将皮泥压平，体现出牙齿的特征，如角度特征、弧度特征等
作为本发明的一种实施例：所述比例教学模块包括：
特征确定单元：用于根据解剖学的牙体划分方式，确定牙体的空间特征；其中，
所述牙体划分方式至少包括：中线划分、牙体长轴划分、三等分划分；中线、牙体常轴和三等分都是牙体根据辅助线进行划分时可以采用的辅助线。空间特征就是牙体在空间中的形状、结构和比例等等特征。
牙体框架构建单元：用于根据所述中线划分，将牙体按照压根和牙冠划分为对称分布的两部分，生成矩形牙体框架；
长轴划分单元：用于根据所述长轴划分，在所述矩形牙体框架上设置长轴辅助线，确定牙体长轴的倾斜线；
三等分单元：用于在所述牙体框架的牙冠部分进行三等划分，绘制牙冠三等分的标志线；
外形比例单元：用于根据所述矩形牙体框架的倾斜线和标志线，确定牙体的外形比例。
本发明也是在虚拟空间中：先在牙体形体上绘制一个矩形框架。根据人类牙齿的比例，将矩形框架分成两部分，一部分代表牙根部分，另一部分代表牙冠部分。在矩形框架中绘制出中线，代表牙体中心线，将矩形分成相左右对称的两部分。绘制牙体长轴的倾斜线。绘制第二条辅助线，要求与中线形成夹角此辅助线反映牙根的倾斜度，长轴倾斜线也是判断牙齿处于哪个象限的标志。绘制牙冠三等分的标志线。在位于牙冠部分的矩形中再绘制两条水平辅助线，将牙冠的部分分成三等分，将牙体解剖学中“三等分”的概念引入。
作为本发明的一种实施例：所述特征融合教学模块还包括：
场景搭建单元：用于基于所述轮廓外形，搭建牙体雕刻场景，生成虚拟牙体；因为学生学习牙体的最终目的就是进行牙体的雕刻，所以本发明会搭建虚拟的牙体雕刻场景，雕刻为虚拟牙体，进行牙体的雕刻教学。
绘图单元：用于在所述虚拟牙体上绘制基于外形比例的线条图；
在进行雕刻的时候，要将辅助线和牙体的轮廓模型进行结合，使得雕刻的更加方便，而学生的学习也更加方便。
标记单元：用于检测所述虚拟牙体的外形标准，并在不同轴面的外形高点进行虚拟标记；其中，
所述外形标准包括：宽度标准和高度标准；
标记的作用和进行添加辅助线的作用是相同的，便于学生能进行更好的雕刻，而在教学场景中会在虚拟牙体上进行标记。
二面体单元：用于去除所述虚拟牙体上的多余部位，生成二面体；
二面体是一种最方便的能够切除多余部位的方式，所所以本发明会将牙体雕刻为二面体的形式。
四面体单元：用于将所述二面体侧部的多余部位去除，生成具有轴面的四面体牙体；
二面体成形之后，因为需要有轴面，所以本发明又会将其进行四面体加工。
外形生成单元：用于在所述四面体进行弧度调节，生成模拟牙体。弧度调节是最后一个步骤，弧度调节之后就是一个较为完整的模拟牙体。
本技术方案可以通过在虚拟空间中的实施例具体体现，本技术方案是在虚拟空间中执行的仿真步骤：
具体的步骤是：
1、按模型在虚拟牙体上绘制牙齿的线条图。
2、用卡尺检查牙齿的宽度、高度，无误后，将将轴面的外形高点用耐水红笔标记。
3、用虚拟雕刻刀去掉唇(颊)面近远中多余的石膏，形成具有唇(颊)形状的，二面体。
4、步骤3形成的二面体上，重新绘制近中、远中线条图；用雕刻刀将近中面、远中面，唇舌侧多余的石膏去掉，形成具有轴面的四面体。
5、根据轴面的特征，使用两个斜面呈现轴面的弧度特征，切去多余的石膏，形成具有牙齿外形的多面体，用卡尺检查各个轴面，确保尺寸符合牙齿的宽度、冠的长度。
6、冠、根、唇(颊)面的形成；形成颈缘突度，唇(颊)的外形高点。
7、近中面的成形。
8、远中面的成形。
9、冠、根、舌(腭)面的形成；形成颈缘突度，舌(腭)的外形高点。
10、颈缘、及细节的形成。
作为本发明的一种实施例：所述功能组织教学模块包括：
组织分类模块：用于基于牙齿的硬件组织，确定牙体的牙体特性；其中
所述牙体特性包括：牙釉质、牙骨质、牙本质和牙髓；
牙体的学习在学习病态牙齿的时候，其周边的生物组织是最需要进行研究的，随意本发明也包括牙体的硬件组织的学习。
分层单元：用于对所述牙体的硬组织进行分析，确定每一层的硬组织；因为牙体硬组织最好的仿作方法是进行分层堆塑，随意本发明在进行教学的时候，也会采用分层堆塑的方式生成目标牙体，供学生学习。
堆塑单元：用于在确定每一层的硬组织子厚，进行对每一层的硬组织进行堆塑，生成目标牙体。
本技术方案可以通过在虚拟空间中的实施例具体体现：
1、按比例堆塑牙冠、牙根的牙本质部分,。
2、牙根部牙骨质的堆塑。
3、牙冠部牙釉质部的堆塑。
4、牙冠、牙根的过渡区域的堆塑，形成牙颈缘。
5、功能面的堆塑。
6、牙齿各面细节的堆塑。
作为本发明的一种实施例：所述教学质量模块包括：
视频分析单元：用于将所述模仿视频划分为多个学习节点，分别判断每个学习节点的模仿完成度；本发明划分学习节点是为了让学生的学习质量可以进行精确判断。在划分方式上，例如：刻画牙体中线为一个学习节点。而中线画的是否准确和位置是否准确就可以作为模仿完成度的判断条件。
教学状态单元：用于根据所述模仿完成度，分别分析学生在不同教学模块的完成度；其中，
所述教学模块包括：轮廓教学、比例教学、特征融合教学和功能组织教学；
教学质量判断单元：用于根据学生在不同模块的教学完成度，对学生进行打分，确定教学质量。
本发明会对教学的质量进行判断，这个判断标注是对每个模拟学习的节点进行检测，判断每个学习节点具体的完成度，是否完成了学习，错操作情况，最后进行打分评价。
作为本发明的一种实施例：所述教学质量模块确定教学质量还包括：
步骤1：根据每个教学节点，确定每个教学节点的学习参数：
其中，Zi表示第i个教学节点的教学内容特征，其来确定教了什么；δ表示教学步骤系数，其用于在确定了每个教学节点有多少个步骤，在总的教学模块中每个节点的步骤的常规系数；Wi表示第i个教学节点的错误模仿次数，就是学生在进行学习的时候错误模仿了多少次；ρi表示第i个教学节点的教学事件，表示在这个教学节点具体交了什么，每个教学节点的教学事件都需要以唯一特定参数的形式进行体现；qi表示第i个教学节点的权重，每个教学节点在总的教学模块中所占比重；表示第i个教学节点的第ε个教学步骤的模仿状态系数，就是模仿的好坏，用于确定每个教学步骤是否模仿正确；Ej表示第j个教学模块的特征参数；i＝1,2,3，……n，n表示教学节点的总个数；j＝1,2,3，……m，m表示教学模块的总个数；
在进行教学质量计算的时候，可以确定在第i个教学节点教学的具体教学质量；/>可以确定每个教学节点的教学步骤在总得教学模块的综合系数在所有教学节点中的占比。
通过上述公式可以确定每个教学节点学生学了什么、学生的接收成都、哪里错误多，哪里错误少，进而确定在当前的教学节点学生到底学的怎么样，并以参数表示。
步骤2：根据所述试题中每个教学节点的特征，确定教学模块的模仿正确率：
其中，r·表示教学节点的正确模仿系数，表示教学视频中如果学生正确模仿步骤的总系数；r表示教学节点的错误模仿系数，表示教学视频中如果学生错误模仿步骤的总系数；Di表示第i个教学节点的实时模仿参数；d表示教学节点的模仿正确阈值，在模仿的时候，不可能所有的动作一摸一样，只需要判断模仿的结果是否正确就可以，所以这个正确模仿的阀值，是判断模仿的结果是不是一摸一样；表示第i个教学节点的属于第j个教学步骤时的状态系数；
在第二步骤中，因为第一个步骤确定了学生学的怎么样，第二个步骤就会判断学生模仿的怎么样。模仿和学习是两种状况，学的怎么样是从总体上看学生接受程度，但是学习的时候还有理论知识的学习，所以本发明将模仿的情况进行单独的重新计算。综合性的确定每个学生模仿的状况。
步骤3：根据所述学习参数和模仿正确率，确定整个教学过程中的模仿分数：
其中，Y表示在教学学习的过程中的模仿分数。
在最后的一个步骤中本发明将所有步骤的模仿状态进行叠加，然后判断模仿参数，学习参数和每个节点教学内容的参数乘积来确定每个节点中学生总得学习状况和总的学习状态之比，并将这个比值作为分数，本发明的分数不是以百分计，而是以小数计，总分为1。
上述步骤可以使得本发明再进行可以根据教学系统，不仅可以对学生进行牙体的形态教学，还可以对教学的质量进行判断。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种牙体形态教学系统，其特征在于，包括：
用户模块：用于接收用户的牙体学习需求，确定对应的牙体教学方案，并追踪学生在教学过程中的模仿视频；
轮廓教学模块：用于通过所述牙体教学方案，确定牙体的构成材料和基本外形，并基于牙体解剖构建牙体的轮廓外形；
比例教学模块：用于通过所述牙体教学方案，确定牙体的空间特征，并基于所述空间特征在牙体的轮廓外形上添加辅助线，确定牙体的外形比例；
特征融合教学模块：用于基于所述轮廓外形和外形比例，生成牙体的雕刻场景，进行牙体轮廓和比例的融合，生成模拟牙体；
功能组织教学模块：用于基于所述牙体教学方案，确定牙体的生理组织，并基于堆塑技术在所述模拟牙体上进行分层堆塑，构成目标牙体；
教学质量模块：用于获取所述模仿视频，判断模仿视频中学生在不同教学模块的完成度，确定教学质量；
所述系统还包括：
讲解模块：用于在教学过程中，基于解剖学技术，对牙体的特征和牙体的形态塑造的操作步骤进行讲解；
提醒模块：用于根据所述模仿视频，计算学生当前的模拟操作和牙体教学方案中的教学操作的差值，并基于所述差值进行错误提醒；
互动模块：用于在进行教学过程中，布置模仿任务和随机问答，并根据所述模仿视频确定用户的模仿结果和问答结果；
姿态提供模块：用于在具有模仿任务时，构建模仿空间，抓取用户手部的动态姿态，根据所述动态姿态在模仿空间中生成对应的动态操作；
所述姿态提供模块根据所述动态姿态在模仿空间中生成对应的动态操作，包括如下步骤：
步骤1：将所述模仿视频进行分帧，按帧数和时间顺序划分为多个模仿图像，对模仿图像中用户手部的姿态和元素进行抓取，构成用户的姿态矩阵；
其中，表示第/>帧图像对应的手部形状特征；/>表示第/>帧图像对应的手部的元素特征；/>表示第/>帧图像对应的手部的角度特征；/>表示第/>帧图像对应的手部的操作特征；/>表示第/>帧图像对应的时间点；/>；/>表示模仿视频分帧的总数目；
步骤2：根据所述姿态矩阵，通过下式生成用户手部在模仿空间中的模仿姿态模型：
其中，表示映射至模仿空间中手部的元素仿真系数；/>表示映射至模仿空间中手部的角度仿真系数；/>表示映射至模仿空间中时手部的操作仿真系数；/>表示映射至模仿空间中时时间点的仿真系数；
步骤3：根据所述模仿姿态模型，确定每帧图像在进行仿真后的仿真特征；
其中，表示第/>帧图像仿真后的手部形状仿真特征；/>表示第/>帧图像仿真后的手部的元素仿真特征；/>表示第/>帧图像仿真后的手部的角度仿真特征；/>表示第/>帧图像仿真后的手部的操作仿真特征；/>表示第/>帧图像仿真后的时间仿真参数；
步骤4，根据所述仿真后的仿真特征，在仿真空间中生成对应的动态操作函数：
其中，表示模仿空间中的梯度分量；/>表示第/>帧图像在模仿空间中的目标符合度；表示第/>帧图像在模仿空间中的动态操作函数。
2.如权利要求1所述的一种牙体形态教学系统，其特征在于，所述用户模块包括：
需求获取单元：用于通过互动式教学设备，获取学生的教学需求信息，确定学生需要学习的牙体类型；
所述互动式教学设备包括：视频显示设备、材料提供设备、语音设备、摄像设备和服务终端设备；
用户选择单元：用于根据所述牙体类型，生成多种对应牙体类型的牙体在不同状态下的牙体选择界面供用户选择；其中，
所述不同状态至少包括：病态和常态；
方案选择单元：用于获取用户的选择结果，并确定对应的牙体教学方案；其中，
所述牙体教学方案由轮廓教学、比例教学、特征融合教学和功能组织教学四个教学部分组成；
实时追踪单元：用于通过所述摄像设备拍摄学生在教学过程中的模仿视频。
3.如权利要求1所述的一种牙体形态教学系统，其特征在于，所述轮廓教学模块包括：
材料确定单元：用于根据所述牙体教学方案，确定待学习的牙体的组成材料，根据所述组成材料的材料特性确定教学时牙体的构成材料；
外形确定单元：用于获取用户选取的教学牙体在不同视面下的形状特征，确定教学时牙体的基本外形；
轮廓搭建单元：用于将所述构成材料进行堆积塑形成牙体的外形基体，并基于牙体的基本外形和解剖特征将所述外形基体处理为轮廓外形；其中，
所述解剖特征包括：牙体沟特征、牙体窝特征、牙体尖特征、牙体嵴特征、牙体面特征。
4.如权利要求1所述的一种牙体形态教学系统，其特征在于，所述比例教学模块包括：
特征确定单元：用于根据解剖学的牙体划分方式，确定牙体的空间特征；其中，
所述牙体划分方式至少包括：中线划分、牙体长轴划分、三等分划分；
牙体框架构建单元：用于根据所述中线划分，将牙体按照压根和牙冠划分为对称分布的两部分，生成矩形牙体框架；
长轴划分单元：用于根据所述长轴划分，在所述矩形牙体框架上设置长轴辅助线，确定牙体长轴的倾斜线；
三等分单元：用于在所述牙体框架的牙冠部分进行三等划分，绘制牙冠三等分的标志线；
外形比例单元：用于根据所述矩形牙体框架的倾斜线和标志线，确定牙体的外形比例。
5.如权利要求1所述的一种牙体形态教学系统，其特征在于，所述特征融合教学模块还包括：
场景搭建单元：用于基于所述轮廓外形，搭建牙体雕刻场景，生成虚拟牙体；
绘图单元：用于在所述虚拟牙体上绘制基于外形比例的线条图；
标记单元：用于检测所述虚拟牙体的外形标准，并在不同轴面的外形高点进行虚拟标记；其中，
所述外形标准包括：宽度标准和高度标准；
二面体单元：用于去除所述虚拟牙体上的多余部位，生成二面体；
四面体单元：用于将所述二面体侧部的多余部位去除，生成具有轴面的四面体牙体；
外形生成单元：用于在所述四面体进行弧度调节，生成模拟牙体。
6.如权利要求1所述的一种牙体形态教学系统，其特征在于，所述功能组织教学模块包括：
组织分类模块：用于基于牙齿的硬组织，确定牙体的牙体特性；其中
所述牙体特性包括：牙釉质、牙骨质、牙本质和牙髓；
分层单元：用于对所述牙体的硬组织进行分析，确定每一层的硬组织；
堆塑单元：用于在确定每一层的硬组织后，进行对每一层的硬组织进行堆塑，生成目标牙体。
7.如权利要求1所述的一种牙体形态教学系统，其特征在于，所述教学质量模块包括：
视频分析单元：用于将所述模仿视频划分为多个学习节点，分别判断每个学习节点的模仿完成度；
教学状态单元：用于根据所述模仿完成度，分别分析学生在不同教学模块的完成度；其中，
所述教学模块包括：轮廓教学、比例教学、特征融合教学和功 能组织教学；
教学质量判断单元：用于根据学生在不同模块的教学完成度，对学生进行打分，确定教学质量。
8.如权利要求1所述的一种牙体形态教学系统，其特征在于，所述教学质量模块确定教学质量还包括：
步骤1：根据每个教学节点，确定每个教学节点的学习参数：
其中，表示第/>个教学节点的教学内容特征；/>表示教学步骤系数；/>表示第/>个教学节点的错误模仿次数；/>表示第/>个教学节点的教学事件；/>表示第/>个教学节点的权重；/>表示第/>个教学节点的第/>个教学步骤的模仿状态系数；/>表示第/>个教学模块的特征参数；，/>表示教学节点的总个数；/>，/>表示教学模块的总个数
步骤2：根据试题中每个教学节点的特征，确定教学模块的模仿正确率：
其中，表示教学节点的正确模仿系数；/>表示教学节点的错误模仿系数；/>表示第/>个教学节点的实时模仿参数；/>表示教学节点的模仿正确阈值；/>表示第/>个教学节点的属于第/>个教学模块时的状态系数；
步骤3：根据所述学习参数和模仿正确率，确定整个教学过程中的模仿分数：
其中，表示在教学学习的过程中的模仿分数。
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