CN113902766A - 一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法，包括:获取牙齿模型及牙齿模型的拓扑信息；根据牙齿模型拓扑信息，将牙齿模型转化为无向连通图，并建立无向连通图对应的权值矩阵；根据所得权值矩阵，用最短路径算法分离出每科牙齿的独立模型，得到分割结果；通过对牙齿模型构建无向连接图并利用最短路径算法得到每颗牙齿的分割线，进而分离出每颗牙齿的独立模型，实现了在较少人工交互的条件下，大大提高了分割的准确率的特点，对于各种类型的畸形牙齿都有良好的分割结果，可操作性及使用性强。

Description

一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法及系统
技术领域
本发明涉及三维建模技术领域，尤其涉及一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
随着数字化技术在口腔医疗中的不断发展，计算机辅助正畸治疗已经广泛应用于口腔医疗。其中，计算机辅助正畸治疗中，从一个完整的牙齿三维模型中分割出每颗牙齿的独立模型是当中的重要步骤，直接影响到治疗方案制定和治疗效果。
当前的口腔医疗软件或研究者给出了一些自动或半自动的牙齿三维模型分割方法，但是这些方法难以平衡操作简便、时间消耗和分割准确度，且在面对各类型畸形牙齿时的稳定性难以保证。因此，设计一种快捷、简便、稳定的三维牙齿模型的分割方法是有现实需求的。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法及系统，本发明能够有效提高分割的准确率。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法，包括：
获取牙齿模型及牙齿模型的拓扑信息；
根据牙齿模型拓扑信息，将牙齿模型转化为无向连通图，并建立无向连通图对应的权值矩阵；
根据所得权值矩阵，用最短路径算法分离出每科牙齿的独立模型，得到分割结果。
进一步地，所述获取牙齿模型的拓扑信息，包括用离散点曲率估计算法计算牙齿模型上每一点的曲率，分析模型的拓扑信息。
进一步地，所述拓扑信息为分析模型上点与点的对应关系、点与边的对应关系，模型网格上与一点相连接的点即为该点的对应点，模型网格上与一点相连接的边即为该点的对应边。
进一步地，所述将牙齿模型转化为无向连通图，包括将所得的模型曲率特征和拓扑信息，将牙齿模型转化为一个带权值的无向连通图。
进一步地，所述建立权值矩阵后，在牙齿模型上，选取每颗牙齿上用于分割该牙齿的两个标记点。
进一步地，所述利用最短路径算法分离出每科牙齿的独立模型，包括根据权值矩阵，用最短路径算法依次计算每颗牙齿所选标记点间经过该牙齿边界的最短路径，得到每颗牙齿的分割线，分离出每颗牙的独立模型。
进一步地，得到每颗牙齿的分割线后，依次计算每颗牙齿的分割线，确定每颗牙齿上的种子点，从该种子点开始不断寻找对应点，直到到达该牙齿的分割路径。
一种基于最短路径的牙齿三维模型分割系统，包括：
数据获取模块，被配置为，获取牙齿模型及牙齿模型的拓扑信息；
模型转化模块，被配置为，将牙齿模型转化为无向连通图，并建立无向连通图对应的权值矩阵；
模型分割模块，被配置为，利用最短路径算法分离出每科牙齿的独立模型，完成分割。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过对牙齿模型构建无向连接图并利用最短路径算法得到每颗牙齿的分割线，进而分离出每颗牙齿的独立模型，实现了在较少人工交互的条件下，大大提高了分割的准确率的特点，对于各种类型的畸形牙齿都有良好的分割结果，可操作性及使用性强。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本实施例的流程图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1.
如图1所示，一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法，包括以下步骤：
步骤1、用离散点曲率估计算法(如平面拟合法)计算牙齿模型上每一点的曲率；
步骤2、分析模型的拓扑信息；
由牙齿三维模型的每个三角面片面信息，可以方便的得出模型上点对点的对应关系、点对边的对应关系，模型上与一点相连接的点即为该点的对应点，模型上与一点相连接的边即为该点的对应边。
步骤3、由步骤1、2所得的模型曲率特征和拓扑信息，将牙齿模型转化为一个带权值的无向连通图，并建立该连通图对应的权值矩阵；
步骤4、在牙齿三维模型上，手工选取每颗牙齿上用于分割该牙齿的两个标记点；
步骤5、由步骤3所得的权值矩阵，用最短路径算法依次计算步骤4中每颗牙齿所选标记点间经过该牙齿边界的最短路径，得到每颗牙齿的分割线，分离出每颗牙的独立模型，完成分割工作。
所述步骤2中，拓扑信息为分析模型上点与点的对应关系、点与边的对应关系，模型网格上与一点相连接的点即为该点的对应点，模型网格上与一点相连接的边即为该点的对应边。
所述步骤3，包括以下步骤：
(1)将牙齿模型中所有的的n个网格顶点按1,2,3,…,n编号，作为无向连通图中的节点，并按步骤2)中所得模型点和点的对应关系将节点相连；
(2)对无向图联通中的边进行赋权值：
点i和点j对应的边为E(i,j)，边E(i,j)的的权值记为V(i,j)，其数值大小为α(i,j)*L(i,j)，L(i,j)为相连的点i与点j确定的边的空间长度，α(i,j)为由点i和点j的曲率决定的放缩系数。
其中，α(i,j)的特征在于，取值为(0,R)，R为任意大于1的正实数，当点i和点j，点i与点j的曲率越小，α(i,j)的值越小，点i和点j的曲率越大，α(i,j)的值越大。
(3)将(2)中构建的带权值的无向联通图构建成为权值矩阵G，其中G(i,j)为点i和点j确定的边的权值，大小为V(i,j)，不相连的点i和点j确定的G中的元素G(i,j)大小为无穷大。
所述步骤4中，每颗牙齿上用于分割该牙齿的两个标记点的连线可以近似将该牙齿边界的类椭圆形状大致分为两个相等大小的部分，
可选的，所选的点为牙齿交界处的舌侧中点、唇侧中点，记为第i颗牙齿的标记点1、标记点2，按相同的方法选取每一颗牙的两个标记点。
所述步骤5，包括以下步骤：
(1)对于第i颗牙齿，由步骤3)中所得的权值矩阵，用最短路径算法计算由权利要求1中步骤4)中所得的该牙齿的标记点1到标记点2间的最短路径，记为路径1，为路径上从标记点1到标记点2的所有点的集合；
(2)由(1)中所得的路径1，在牙齿模型上，将路径1经过的点周围一定范围内的所有边的权值重置为无穷大，并按重置后的边的权值更新权值矩阵。
其中，一定范围内的边的标准为：路径1上所有点的周围，曲率小于0的点所对应的边或处于形状上凹陷区域内的边。
(3)由步骤(2)所得的新的权值矩阵，再次计算标记点1到标记点2的最短路径，记为路径2，为路径上从标记点1到标记点2的所有点的集合；
(4)将路径1和路径2取并集，得到环绕第i颗牙齿边界的分割路径，即为该牙齿的分割线；
(5)按步骤(1)到步骤(4)，依次计算每颗牙齿的分割线，并确定每颗牙齿上的种子点，从该种子点开始不断寻找对应点，直到到达该牙齿的分割路径，得到最终的分割结果。
其中，种子点为单颗牙齿模型上，处于该牙齿分割路径范围内的任意一点。
实施例2.
一种基于最短路径的牙齿三维模型分割系统，包括：
数据获取模块，被配置为，获取牙齿模型及牙齿模型的拓扑信息；
模型转化模块，被配置为，将牙齿模型转化为无向连通图，并建立无向连通图对应的权值矩阵；
模型分割模块，被配置为，利用最短路径算法分离出每科牙齿的独立模型，完成分割。
实施例3.
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法。
实施例4.
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法。
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。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法，其特征在于，包括:
获取牙齿模型及牙齿模型的拓扑信息；
根据牙齿模型拓扑信息，将牙齿模型转化为无向连通图，并建立无向连通图对应的权值矩阵；
根据所得权值矩阵，用最短路径算法分离出每科牙齿的独立模型，得到分割结果。
2.如权利要求1所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法，其特征在于，所述获取牙齿模型的拓扑信息，包括用离散点曲率估计算法计算牙齿模型上每一点的曲率，分析模型的拓扑信息。
3.如权利要求2所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法，其特征在于，所述拓扑信息为分析模型上点与点的对应关系、点与边的对应关系，模型网格上与一点相连接的点即为该点的对应点，模型网格上与一点相连接的边即为该点的对应边。
4.如权利要求3所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法，其特征在于，所述将牙齿模型转化为无向连通图，包括将所得的模型曲率特征和拓扑信息，将牙齿模型转化为一个带权值的无向连通图。
5.如权利要求3所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法，其特征在于，所述建立权值矩阵后，在牙齿模型上，选取每颗牙齿上用于分割该牙齿的两个标记点。
6.如权利要求4所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法，其特征在于，所述利用最短路径算法分离出每科牙齿的独立模型，包括根据权值矩阵，用最短路径算法依次计算每颗牙齿所选标记点间经过该牙齿边界的最短路径，得到每颗牙齿的分割线，分离出每颗牙的独立模型。
7.如权利要求6所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法，其特征在于，得到每颗牙齿的分割线后，依次计算每颗牙齿的分割线，确定每颗牙齿上的种子点，从该种子点开始不断寻找对应点，直到到达该牙齿的分割路径。
8.一种基于最短路径的牙齿三维模型分割系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，被配置为，获取牙齿模型及牙齿模型的拓扑信息；
模型转化模块，被配置为，将牙齿模型转化为无向连通图，并建立无向连通图对应的权值矩阵；
模型分割模块，被配置为，利用最短路径算法分离出每科牙齿的独立模型，完成分割。
9.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法。
10.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的一种基于最短路径的牙齿三维模型分割方法。
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