CN115302781A - 牙科种植导板定向方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

牙科种植导板定向方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN115302781A CN202211132565.6A CN202211132565A CN115302781A CN 115302781 A CN115302781 A CN 115302781A CN 202211132565 A CN202211132565 A CN 202211132565A CN 115302781 A CN115302781 A CN 115302781A
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guide plate
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谢信福
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Shenzhen CBD Technology Co Ltd
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Shenzhen CBD Technology Co Ltd
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Abstract

本申请适用于3D打印技术领域，提供一种牙科种植导板定向方法、装置、电子设备及存储介质，其中，方法包括：获取三角网格模型数据；遍历三角网格；获取法向量趋同且连续共边三角网格群组并提取非公共边端点；确定导环孔圆柱端面的外环轮廓；获取全部导环孔圆柱端面外环轮廓平面的法向量作为取样集合；由取样集合中选取外环轮廓完整度最高的平面的法向量作为参考向量；按相互角度差异小于θ度的标准将取样集合中的法向量区分为两组；由参考向量所在的一组法向量计算出合向量；使3D模型以合向量方向向下垂直于xy平面；储存三维数据。本申请技术可使种植导板凸面向下定向，以避免在导板凹面添加支撑，避免或降低Z轴方向上导环孔的打印误差。

Description

牙科种植导板定向方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及3D打印技术领域，具体涉及牙科种植导板定向方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
当前，随着口腔种植学和数字化技术的快速发展，计算机辅助设计(CAD)，光学扫描技术，信息融合技术、3D打印加工制作技术等应用口腔种植学领域，使得牙科种植导板也从简易牙科种植导板发展到数字化牙科种植导板应用于临床，数字化牙科种植导板的引导辅助作用在口腔医学领域得到越来越广泛的应用，与传统的“自由手”操作相比，数字化牙科种植导板是通过CBCT系统分析，计算机辅助设计，从而实现精准定位的种植手术装置，它可以更好的辅助医生利用牙科种植导板上的导环孔进行种植体植入，使种植体植入的三维位置更加精准，避免损伤一些重要的解剖结构。
但是，目前的牙科种植导板的定制化制作主要采用SLA点光源光固化成型技术、DLP面光源固化成型技术、LCD面光源固化成型技术，这三种成型技术在打印制作牙科种植导板时都需要对模型添加支撑单元，而牙科种植导板的表面在打印完成并去除支撑单元后会在存在支撑单元剪切残留，为了避免使这些支撑单元剪切残留接触到人体口腔牙床黏膜，因此需要在打印时使牙科种植导板的接触牙床黏膜的凹面朝上，并使支撑单元添加于牙科种植导板的下部凸面，因此就涉及到了模型计算机预处理过程中的牙科种植导板3D模型的定向问题。
在此过程中，虽然可以手动调整牙科种植导板3D模型的方向，但是处理多个牙科种植导板3D模型时，特别是处理多个不同形状类型的牙科种植导板3D模型时，手动逐个调整牙科种植导板3D模型的方向不仅效率低，而且还涉及到牙科种植导板3D模型上导环孔的Z轴补偿问题，参考申请号为CN2022108069902《3D打印Z轴补偿方法、装置、电子设备及存储介质》的在先发明申请，可知沿着模型孔轴向方向对模型进行切片打印，无需对孔的边缘进行补偿，而沿着模型孔径向方向对模型进行切片打印，会使孔特征的打印出现Z轴方向上的误差；因此对牙科种植导板进行定向时，需要使孔特征以模型孔轴方向对模型进行切片打印；而对具有多个不同朝向的孔特征进行定向时，又需要确保多个孔特征指向综合趋于最佳方向，以尽量减小Z轴方向上的打印误差。此时还会存在不易确定综合取优方向的问题。
为此，需要提供一种牙科种植导板定向方法，以方便对牙科种植导板的孔特征进行凸面向下时的综合取优定向，以避免在导板凹面添加支撑，还需要通过综合取优定向来避免或降低Z轴方向上导环孔的打印误差。
发明内容
本申请实施例提供一种牙科种植导板定向方法、装置、电子设备及存储介质，旨在方便使牙科种植导板的孔特征进行凸面向下时的综合取优定向，以避免在导板凹面添加支撑和避免导环孔形成Z轴方向的打印误差。
本申请实施例的第一方面提供一种牙科种植导板定向方法，包括：
获取牙科种植导板3D模型在三维坐标系下的三角网格模型数据；
遍历所述牙科种植导板3D模型上拼接组成所述牙科种植导板3D模型的所有三角网格；
获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并提取非公共边的端点；
根据所提取的所述非公共边的端点确定所述牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓；
获取所述牙科种植导板3D模型上全部的导环孔圆柱端面的外环轮廓平面的法向量作为取样集合；
由所述取样集合中选取外环轮廓完整度最高的平面的法向量作为参考向量；
按照相互角度差异小于θ度的标准将所述取样集合中的法向量区分为两组；
由所述参考向量所在的一组法向量计算出合向量；
对所述牙科种植导板3D模型数据进行角度和坐标转换处理使3D模型以合向量方向向下垂直于xy平面；
将处理完成的所述牙科种植导板3D模型的三维数据储存于存储单元。
进一步地，所述获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并提取非公共边的端点，还包括：
获取所有三角网格的法向量；
获取所述法向量趋同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；
对所述第N连续共边群组提取非公共边的端点作为第N端点集合。
进一步地，所述根据所提取的所述非公共边的端点确定所述牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓，还包括：
由第N端点集合中的全部端点添加最小外接矩形并获取最小外接矩形的几何中心点G；
由所述第N端点集合中选取与所述几何中心点G直线距离最远的端点A；
由所述第N端点集合中选取与所述端点A直线距离最远的端点B；
将所述端点A到所述端点B的距离确定为2R并且将所述端点A到所述端点B的线段中点确定为圆心C；
以所述圆心C为中心确定半径K1*R至半径K2*R的环形区域；
以所述圆心C为中心将所述环形区域等分为Y个扇区；
由所述第N端点集合选取处于所述环形区域的端点作为提取点；
当Y个所述扇区中有X个所述扇区存在提取点时确定所述扇区内的提取点位于所述牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓。
进一步地，所述由取样集合中选取外环轮廓完整度最高的平面的法向量作为参考向量，还包括：
获取各个外环轮廓所在平面对应的X值；
由所述取样集合中选取所述X值最大的外环轮廓平面的法向量作为参考向量。
进一步地，所述的牙科种植导板定向方法，还包括：
对所述牙科种植导板3D模型的下部添加支撑单元。
可选地，对所述牙科种植导板3D模型的下部添加支撑单元之后，还包括：
将所述牙科种植导板3D模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据；
将所述切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。
可选地，所述θ为0-90度中的任一设定值。
可选地，所述N为正整数。
可选地，所述K1的取值范围为0.6-1之间的任意小数。
可选地，所述K2的取值范围为1-1.4之间的任意小数。
可选地，所述Y的取值范围为8-100之间的任意整数；所述X小于或等于Y。
本申请实施例的第二方面提供一种牙科种植导板定向装置，包括：
模型数据获取模块，用于获取牙科种植导板3D模型在三维坐标系下的三角网格模型数据；
模型网格遍历模块，用于遍历所述牙科种植导板3D模型上拼接组成所述牙科种植导板3D模型的所有三角网格；
端点提取模块，用于获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并提取非公共边的端点；
外环轮廓确定模块，用于根据所提取的所述非公共边的端点确定所述牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓；
取样集合获取模块，用于获取所述牙科种植导板3D模型上全部的导环孔圆柱端面的外环轮廓平面的法向量作为取样集合；
参考向量获取模块，用于由所述取样集合中选取外环轮廓完整度最高的平面的法向量作为参考向量；
法向量分组模块，用于按照相互角度差异小于θ度的标准将所述取样集合中的法向量区分为两组；
合向量计算模块，用于由所述参考向量所在的一组法向量计算出合向量；
模型数据转换模块，用于对所述牙科种植导板3D模型数据进行角度和坐标转换处理使3D模型以合向量方向向下垂直于xy平面；
三维数据存储模块，用于将处理完成的所述牙科种植导板3D模型的三维数据储存于存储单元。
进一步地，所述端点提取模块还包括：
网格法向量提取模块，用于获取所有三角网格的法向量；
连续共边网格群组获取模块，用于获取所述法向量趋同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；
非公共边端点提取模块，用于对所述第N连续共边群组提取非公共边的端点作为第N端点集合。
进一步地，所述外环轮廓确定模块还包括：
几何中心点G获取模块，用于由第N端点集合中的全部端点添加最小外接矩形并获取最小外接矩形的几何中心点G；
最远端点A选取模块，用于由所述第N端点集合中选取与所述几何中心点G直线距离最远的端点A；
最远端点B选取模块，用于由所述第N端点集合中选取与所述端点A直线距离最远的端点B；
圆心C确定模块，用于将所述端点A到所述端点B的距离确定为2R并且将所述端点A到所述端点B的线段中点确定为圆心C；
环形区域确定模块，用于以所述圆心C为中心确定半径K1*R至半径K2*R的环形区域；
环形区域等分模块，用于以所述圆心C为中心将所述环形区域等分为Y个扇区；
提取点选取模块，用于由所述第N端点集合选取处于所述环形区域的端点作为提取点；
外环轮廓确定模块，用于当Y个所述扇区中有X个所述扇区存在提取点时确定所述扇区内的提取点位于所述牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓。
进一步地，所述参考向量获取模块还包括：
X值获取模块，用于获取各个外环轮廓所在平面对应的X值；
参考向量获取模块，用于由取样集合中选取所述X值最大的外环轮廓平面的法向量作为参考向量。
进一步地，所述牙科种植导板定向装置，还包括：
支撑单元添加模块，用于对所述牙科种植导板3D模型的下部添加支撑单元。
可选地，所述牙科种植导板定向装置，还包括：
切片处理模块，用于将所述牙科种植导板3D模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据；
3D打印设备，用于将所述切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。
本申请实施例的第三方面提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储单元；
其中，所述存储模块存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器执行所述指令时实现本申请实施例的第一方面提供的牙科种植导板定向方法的步骤。
本申请实施例的第四方面提供一种非瞬时计算机可读存储介质，所述非瞬时计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例的第一方面提供的牙科种植导板定向方法的步骤。
本申请实施例的第五方面提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机指令，所述计算机指令被计算机执行时实现本申请实施例的第一方面提供的牙科种植导板定向方法的步骤。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
1.本申请实施例的第一方面提供的牙科种植导板定向方法，在模型预处理阶段，可以方便使牙科种植导板模型以凹面朝上，并能够使支撑单元添加于牙科种植导板的下部凸面，避免了后续打印完成后，牙科种植导板凹面上的支撑残留接触牙床黏膜带来的不适问题。
2.本申请实施例的第一方面提供的牙科种植导板定向方法，对具有一个孔特征的牙科种植导板，能够使牙科种植导板凹面朝上的同时，还能够以孔轴垂直于切片方向，进而使牙科种植导板在打印时，能够避免导环孔形成Z轴方向的打印误差。
3.本申请实施例的第一方面提供的牙科种植导板定向方法，对具有多个孔轴方向不同的孔特征的牙科种植导板，能够使牙科种植导板凹面朝上的同时，还能够对方向不同的孔特征的进行综合取优定向，进而使牙科种植导板在打印时，能够降低Z轴方向上导环孔的打印误差。
4.本申请实施例的第一方面提供的牙科种植导板定向方法，能够对多个形状不同的牙科种植导板进行批量自动定向，在使牙科种植导板凹面朝上和避免导环孔形成Z轴方向的打印误差的同时，还能够避免手动逐个调整牙科种植导板3D模型的方向，进而提高了模型处理效率。
5.本申请实施例的第一方面提供的牙科种植导板定向方法，根据牙科种植导板的结构特点，通过找寻牙科种植导板孔特征的上端面外环轮廓，和判断上端面外环轮廓完整度，能够区分牙科种植导板的凹、凸面，再通过牙科种植导板的凹、凸面朝向以及孔轴方向可以确定牙科种植导板的定向，特别是能够区分孔特征圆柱端面和其他类型形状的平面，方法巧妙，分辨度高。
附图说明
图1为本申请实施例的牙科种植导板定向方法的流程图1；
图2为本申请实施例的牙科种植导板定向方法的流程图2；
图3为本申请实施例的牙科种植导板定向装置的结构图1；
图4为本申请实施例的牙科种植导板定向装置的结构图2；
图5A-B为本申请实施例的第一牙科种植导板；
图5C-D为本申请实施例的第二牙科种植导板；
图6A-D为本申请实施例的第三牙科种植导板；
图7A-C为本申请实施例的第三牙科种植导板的特征提取示意图；
图8A-D为本申请实施例的非公共边端点提取过程示意图；
图9A-D为本申请实施例的外环轮廓圆心确定过程示意图；
图10A-D为本申请实施例的外环轮廓确定过程示意图；
图11A-C为本申请实施例的合向量确定过程示意图；
图12A为实现本申请实施例牙科种植导板定向方法的电子设备结构框图；
图12B为本申请实施例电子设备对3D模型进行预处理切片的示意图；
图13A为实现本申请方法牙科种植导板定向方法的3D打印设备结构框图；
图13B为本申请方法实施后经切片得到的图像数据导入3D打印设备的示意图。
标号说明：
第一牙科种植导板51；第二牙科种植导板52；第三牙科种植导板61；凸面501；凹面502；直平面503；孔特征511；圆柱端面512；模型投影601；支撑单云602；支撑底台603；
电子设备12；计算机程序120；处理器121；存储单元122；3D打印设备13；打印控制程序130；控制器131；存储器132；移动存储设备14；
模型数据获取模块100；模型网格遍历模块200；端点提取模块300；外环轮廓确定模块400；取样集合获取模块500；参考向量获取模块600；法向量分组模块700；合向量计算模块800；模型数据转换模块900；三维数据存储模块920；支撑单元添加模块940；切片处理模块960；
网格法向量提取模块310；连续共边网格群组获取模块320；非公共边端点提取模块330；几何中心点G获取模块410；最远端点A选取模块420；最远端点B选取模块430；圆心C确定模块440；环形区域确定模块450；环形区域等分模块460；提取点选取模块470；外环轮廓确定模块480；X值获取模块610；参考向量获取模块620。
具体实施方式
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
图1为本申请实施例的牙科种植导板定向方法的流程图1。如图所示，牙科种植导板定向方法，包括以下步骤：
S100、获取牙科种植导板3D模型在三维坐标系下的三角网格模型数据；
S200、遍历牙科种植导板3D模型上拼接组成牙科种植导板3D模型的所有三角网格；
S300、获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并提取非公共边的端点；
S400、根据所提取的非公共边的端点确定牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓；
S500、获取牙科种植导板3D模型上全部的导环孔圆柱端面的外环轮廓平面的法向量作为取样集合；
S600、由取样集合中选取外环轮廓完整度最高的平面的法向量作为参考向量；
S700、按照相互角度差异小于θ度的标准将取样集合中的法向量区分为两组；
S800、由参考向量所在的一组法向量计算出合向量；
S900、对牙科种植导板3D模型数据进行角度和坐标转换处理使3D模型以合向量方向向下垂直于xy平面；
S920、将处理完成的牙科种植导板3D模型的三维数据储存于存储单元。
可选地，将处理完成的牙科种植导板3D模型的三维数据储存于存储单元之后，还包括以下步骤：
S940、对牙科种植导板3D模型的下部添加支撑单元；
S960、将牙科种植导板3D模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据；
S980、将切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。
可选地，所述θ为0-90度中的任一设定值。
具体的，所述步骤S300中，获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并提取非公共边的端点；其中，法向量趋同的意思是，例如一个三角网格法向量与Z轴正半轴夹角为2度，另一个三角网格法向量与Z轴正半轴夹角0度时，如果允许角度误差为2度，则将两个三角网格法向量视为法向量趋同。
图2为本申请实施例的牙科种植导板定向方法的流程图2。如图所示，牙科种植导板定向方法，更具体的，包括以下步骤：
S100、获取牙科种植导板3D模型在三维坐标系下的三角网格模型数据；
S200、遍历牙科种植导板3D模型上拼接组成牙科种植导板3D模型的所有三角网格；S310、获取所有三角网格的法向量；
S320、获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；
S330、对第N连续共边群组提取非公共边的端点作为第N端点集合；
S410、由第N端点集合中的全部端点添加最小外接矩形并获取最小外接矩形的几何中心点G；
S420、由第N端点集合中选取与几何中心点G直线距离最远的端点A；
S430、由第N端点集合中选取与端点A直线距离最远的端点B；
S440、将端点A到端点B的距离确定为2R并且将端点A到端点B的线段中点确定为圆心C；
S450、以圆心C为中心确定半径K1*R至半径K2*R的环形区域；
S460、以圆心C为中心将环形区域等分为Y个扇区；
S470、由第N端点集合选取处于环形区域的端点作为提取点；
S480、当Y个扇区中有X个扇区存在提取点时确定扇区内的提取点位于牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓；
S500、获取牙科种植导板3D模型上全部的导环孔圆柱端面的外环轮廓平面的法向量作为取样集合；
S610、获取各个外环轮廓所在平面对应的X值；
S620、由取样集合中选取X值最大的外环轮廓平面的法向量作为参考向量；
S700、按照相互角度差异小于θ度的标准将取样集合中的法向量区分为两组；
S800、由参考向量所在的一组法向量计算出合向量；
S900、对牙科种植导板3D模型数据进行角度和坐标转换处理使3D模型以合向量方向向下垂直于xy平面；
S920、将处理完成的牙科种植导板3D模型的三维数据储存于存储单元。
可选地，将处理完成的牙科种植导板3D模型的三维数据储存于存储单元之后，还包括以下步骤：
S940、对牙科种植导板3D模型的下部添加支撑单元；
S960、将牙科种植导板3D模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据；
S980、将切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。
可选地，所述θ为0-90度中的任一设定值。
可选地，所述N为正整数。
可选地，所述K1的取值范围为0.6-1之间的任意小数。
可选地，所述K2的取值范围为1-1.4之间的任意小数。
可选地，所述Y的取值范围为8-100之间的任意整数；所述X小于或等于Y。
图3为本申请实施例的牙科种植导板定向装置的结构图1。如图所示，牙科种植导板定向装置，包括：
模型数据获取模块100，用于获取牙科种植导板3D模型在三维坐标系下的三角网格模型数据；
模型网格遍历模块200，用于遍历牙科种植导板3D模型上拼接组成牙科种植导板3D模型的所有三角网格；
端点提取模块300，用于获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并提取非公共边的端点；
外环轮廓确定模块400，用于根据所提取的非公共边的端点确定牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓；
取样集合获取模块500，用于获取牙科种植导板3D模型上全部的导环孔圆柱端面的外环轮廓平面的法向量作为取样集合；
参考向量获取模块600，用于由取样集合中选取外环轮廓完整度最高的平面的法向量作为参考向量；
法向量分组模块700，用于按照相互角度差异小于θ度的标准将取样集合中的法向量区分为两组；
合向量计算模块800，用于由参考向量所在的一组法向量计算出合向量；
模型数据转换模块900，用于对牙科种植导板3D模型数据进行角度和坐标转换处理使3D模型以合向量方向向下垂直于xy平面；
三维数据存储模块920，用于将处理完成的牙科种植导板3D模型的三维数据储存于存储单元。
进一步地，所述牙科种植导板定向装置，还包括：
支撑单元添加模块940，用于对牙科种植导板3D模型的下部添加支撑单元。
可选地，所述一种牙科种植导板定向装置，还包括：
切片处理模块960，用于将牙科种植导板3D模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据；
3D打印设备13，用于将切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。
图4为本申请实施例的牙科种植导板定向装置的结构图2。如图所示，牙科种植导板定向装置，更具体的，包括：
模型数据获取模块100，用于获取牙科种植导板3D模型在三维坐标系下的三角网格模型数据；
模型网格遍历模块200，用于遍历牙科种植导板3D模型上拼接组成牙科种植导板3D模型的所有三角网格；
网格法向量提取模块310，用于获取所有三角网格的法向量；
连续共边网格群组获取模块320，用于获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；
非公共边端点提取模块330，用于对第N连续共边群组提取非公共边的端点作为第N端点集合；
几何中心点G获取模块410，用于由第N端点集合中的全部端点添加最小外接矩形并获取最小外接矩形的几何中心点G；
最远端点A选取模块420，用于由第N端点集合中选取与几何中心点G直线距离最远的端点A；
最远端点B选取模块430，用于由第N端点集合中选取与端点A直线距离最远的端点B；
圆心C确定模块440，用于将端点A到端点B的距离确定为2R并且将端点A到端点B的线段中点确定为圆心C；
环形区域确定模块450，用于以圆心C为中心确定半径K1*R至半径K2*R的环形区域；
环形区域等分模块460，用于以圆心C为中心将环形区域等分为Y个扇区；
提取点选取模块470，用于由第N端点集合选取处于环形区域的端点作为提取点；
外环轮廓确定模块480，用于当Y个扇区中有X个扇区存在提取点时确定扇区内的提取点位于牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓；
取样集合获取模块500，用于获取牙科种植导板3D模型上全部的导环孔圆柱端面的外环轮廓平面的法向量作为取样集合；
X值获取模块610，用于获取各个外环轮廓所在平面对应的X值；
参考向量获取模块620，用于由取样集合中选取X值最大的外环轮廓平面的法向量作为参考向量；
法向量分组模块700，用于按照相互角度差异小于θ度的标准将取样集合中的法向量区分为两组；
合向量计算模块800，用于由参考向量所在的一组法向量计算出合向量；
模型数据转换模块900，用于对牙科种植导板3D模型数据进行角度和坐标转换处理使3D模型以合向量方向向下垂直于xy平面；
三维数据存储模块920，用于将处理完成的牙科种植导板3D模型的三维数据储存于存储单元。
进一步地，所述牙科种植导板定向装置，还包括：
支撑单元添加模块940，用于对牙科种植导板3D模型的下部添加支撑单元。
可选地，所述一种牙科种植导板定向装置，还包括：
切片处理模块960，用于将牙科种植导板3D模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据；
3D打印设备13，用于将切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。
图5A-B为本申请实施例的第一牙科种植导板。
如图所示，图5A中以凸面501向外展示了第一牙科种植导板51；第一牙科种植导板51具有两个孔特征511，并且两个孔特征511在凸面501视角上具有两个圆柱端面512；特别的，图中第一牙科种植导板51在凸面501视角上还具有直平面503。
如图所示，图5B中以凹面502向外展示了第一牙科种植导板51；第一牙科种植导板51具有两个孔特征511，但是孔特征511在凹面502视角上不存在圆柱端面512；特别的，图中第一牙科种植导板51在凹面502视角上也具有直平面503。
图5C-D为本申请实施例的第二牙科种植导板。
如图所示，图5C中以凸面501向外展示了第二牙科种植导板52；第二牙科种植导板52具有八个孔特征511，并且八个孔特征511在凸面501视角上具有八个圆柱端面512；特别的，图中第二牙科种植导板52在凸面501视角上圆柱端面512的朝向各不相同。
如图所示，图5D中以凹面502向外展示了第二牙科种植导板52；第二牙科种植导板52具有八个孔特征511，但是孔特征511在凹面502视角上不存在圆柱端面512。
图6A-D为本申请实施例的第三牙科种植导板。
如图所示，图6A中以凸面501向外展示了第三牙科种植导板61；第三牙科种植导板61具有三个孔特征511，并且三个孔特征511在凸面501视角上具有三个圆柱端面512；特别的，图中第三牙科种植导板61在凸面501视角上还具有直平面503。
如图所示，图6B中以凹面502向外展示了第三牙科种植导板61；第三牙科种植导板61具有三个孔特征511，并且三个孔特征511在凹面502视角上也具有三个圆柱端面512；特别的，图中第三牙科种植导板61在凹面502视角上也具有直平面503。
如图所示，图6C中第三牙科种植导板61以凹面502向上，向下形成模型投影601。
如图所示，图6D中第三牙科种植导板61以凹面502向上，将支撑单元602添加于凸面501以方便进行光固化打印；在第三牙科种植导板61打印完成并去除支撑单元后，支撑单元的剪切残留只存在于凸面501上，而凹面502上也就不存在支撑单元的剪切残留，这样可以避免第三牙科种植导板61被覆盖人体口腔牙床黏膜时，不会留有剪切残留刺激牙床黏膜。
图7A-C为本申请实施例的第三牙科种植导板的特征提取示意图。
如图所示，图7A中以第三牙科种植导板61为例，来大概说明牙科种植导板的特征提取思路和模型定向过程。对于图5A和图5B中的第一牙科种植导板51而言，其凸面501视角下，具有两个圆柱端面512，其凹面501视角下，不具有圆柱端面512，因此很容易就能确定具有两个圆柱端面512的一面为适合添加支撑单元的凸面；而对于图5C和图5D中的第二牙科种植导板52而言，其凸面501视角下，具有八个圆柱端面512，其凹面501视角下，不具有圆柱端面512，因此很容易就能确定具有八个圆柱端面512的一面为适合添加支撑单元的凸面；
而对于第三牙科种植导板61，由图6A和图6B可知，其凸面501视角和凹面502视角下，均具有三个圆柱端面512，因此仅从凸面501视角或凹面502视角下的圆柱端面512的数量上，难以判断其凹、凸面；所以需要进一步结合图7A中以第三牙科种植导板61的特点来优化判断思路，对于牙科种植导板而言，图7A中第三牙科种植导板61的凹面502由于是接触牙床的一面，因此其圆柱端面512通常完整度较低，简单而言就是位于凹面501上的圆柱端面512相较于凸面501上的圆柱端面512，其环形平面的外环轮廓更为完整，这也是由于位于凸面501上的圆柱端面512通常是安装牙科导环且背离牙床的一面，所以凸面501的圆柱端面512也就更完整。因此在对牙科种植导板定向时，也就需要使牙科种植导板外环轮廓更为完整的凹面在模型预处理阶段使其朝上，从而使支撑单元添加于凸面。
其次，对于具有孔特征的模型而言，沿着模型孔轴向方向对模型进行切片打印，无需对孔的边缘进行补偿，而沿着模型孔径向方向对模型进行切片打印，会使孔出现Z轴方向上的误差；因此对第三牙科种植导板61进行定向时，还需要使孔特征以模型孔轴向方向对模型进行切片打印；而对具有多个不同朝向的孔特征进行定向时，又需要确保多个孔特征指向综合趋于最佳方向，以尽量减小Z轴方向上的打印误差。此时就需要由第三牙科种植导板61根据圆柱端面512提取出环形轮廓，并以圆柱端面512的平面法向量来确定孔特征511的轴向，进而确定综合取优方向。
此外，由于图7A中第三牙科种植导板61上还具有圆柱端面512之外的直平面503，因此在获取圆柱端面512所在的环形轮廓时，还需要排除直平面503上三角网格的干扰。
如图所示，图7B中以第三牙科种植导板61的一个孔特征511为例，可以看到在圆柱端面512和其周围所在的直平面503上具有多个共边三角网格。
如图所示，图7C在图7B基础上突出了位于圆柱端面512的圆周上具有多个共边的三角网格，灰色填充部分仅是示意三角网格共边。
图8A-D为本申请实施例的非公共边端点提取过程示意图。
如图所示，图8A中以取自图7A中第三牙科种植导板61上的一个孔特征511为例，由图可知孔特征511上具有圆柱端面512和其周围所在的直平面503上具有多个共边三角网格。
根据图1中本申请实施例的牙科种植导板定向方法的流程图1中的步骤S300，获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并提取非公共边的端点；具体的，根据图2中本申请实施例的牙科种植导板定向方法的流程图2的步骤S310、获取所有三角网格的法向量，和步骤S320、获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；
因此，以法向量趋同和连续共边为条件，可以筛选出直平面503上的三角网格群组和圆柱端面512上的三角网格群组；后续仅以圆柱端面512上的三角网格群组进行示例说明圆柱端面512上的三角网格群组的判断选择过程，相信本领域技术人员可以很容易相应判断出直平面503上的三角网格群组被排除的过程。
如图所示，图8B中以取自图8A中点状填充部分三角网格进行举例，即获取圆柱端面512上三角网格M1-M10构成的三角网格群组；和三角网格对应趋同的法向量m1-m10。
如图所示，图8C中根据图2中本申请实施例的牙科种植导板定向方法的流程图2的步骤S330、对第N连续共边群组提取非公共边的端点作为第N端点集合；以非公共边为条件，即可以提取到如图8C所示的线状间断线和黑色填充端点，其中线状间断线为非公共边，黑色填充端点为非公共边端点。
如图所示，图8D中为由图8C示例的，获取到的整个圆柱端面512上的非公共边的端点构成的外圆轮廓和内圆轮廓。
图9A-D为本申请实施例的外环轮廓圆心确定过程示意图。
如图所示，图9A示例的是以图8D中得到的非公共边的端点，添加最小外接矩形。
如图所示，图9B示例的是以图9A中得到的最小外接矩形获取最小外接矩形的几何中心点G。
如图所示，图9C示例的是以在各个端点中选取与几何中心点G直线距离最远的端点A。
如图所示，图9D示例的是在各个端点中选取与端点A直线距离最远的端点B；再由端点A到端点B的线段中点确定为圆心C。
图10A-D为本申请实施例的外环轮廓确定过程示意图。
如图所示，图10A示例的是将端点A到端点B的距离确定为2R，即形成圆心为C点，半径为R的圆形。
如图所示，图10B示例的是外圆轮廓上的非公共边的端点刚好在位于圆心为C点且半径为R的圆上。
如图所示，图10C示例的是以圆心C为中心确定半径K1*R至半径K2*R的环形区域；在本图中，K1取值0.8，K1取值1.2。
如图所示，图10D示例的是以圆心C为中心将环形区域等分为Y个扇区；在本图中，Y为20，即将环形区域等分为20个扇区；其中有3个扇区是空集，即没有非公共边的端点落入扇区中；另有17个扇区内存在非公共边的端点；当设定20个扇区内有大于或等于13个扇区内存在非公共边的端点为条件，而本图中Y为20，X为17，满足此条件，由此可以确定外圆轮廓上的非公共边的端点位于牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓；并且X值为17，也较接近Y值20，由此可以知晓牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的圆形轮廓的完整度较高。
特别的，由本图的判断过程可以区分和筛选出如图8A中直平面503上的三角网格群组和圆柱端面512上的三角网格群组。
相应的，在后续步骤S600中，由取样集合中选取外环轮廓完整度最高的平面的法向量作为参考向量，即可根据X值的大小来综合比较确定如图6A中孔特征511上圆柱端面的完整度更高的一面为凸面。
图11A-C为本申请实施例的合向量确定过程示意图。
如图所示，图11A示例的是图7A中第三牙科种植导板61上特征孔511所在的三个圆柱，相应的，左侧圆柱上部外环轮廓平面为N1，法向量为n1；中间圆柱上部外环轮廓平面为N2，法向量为n2；右侧圆柱上部外环轮廓平面为N3，法向量为n3；左侧圆柱下部外环轮廓平面为N4，法向量为n4；中间圆柱下部外环轮廓平面为N5，法向量为n5；右侧圆柱下部外环轮廓平面为N6，法向量为n6。
如图所示，图11B示例的是按照相互角度差异小于θ度的标准将外环轮廓平面N1-N6对应的法向量n1-n6区分为两组；由图5A中的第一牙科种植导板51和图6A中的第三牙科种植导板61来看，由于特征孔511所在的圆柱端面趋向近乎相同，因此可知当θ取值为10度左右时，即能够将特征孔511所在的圆柱端面区按大概的朝上或朝下分为两组；由图5C中的第二牙科种植导板52来看，要想将特征孔511所在的圆柱端面区大概的朝上或朝下分为两组，则θ取值应当设定到接近60度，才能够完成区分；而一般的牙科种植导板对应的导环孔角度也普遍不超过60度，所以如果按照本申请实施例的牙科种植导板定向方法将θ值设定为60度，即可使全部牙科种植导板的模型的导环孔圆柱端面的外环轮廓按大概的朝上或朝下分为两组。当然，具体的θ取值还可以进行适当调整。
同时，图11B还示例了由上述图11A中的6个外环轮廓平面及法向量，选取外环轮廓完整度最高的平面的法向量作为参考向量的过程；由图10D中的示意过程，假设N1-N6上的端点落入扇区后，X值分别为19,17,19,19,20,20；则有两个X值最大的外环轮廓平面N5和N6对应的法向量n5、n6为参考向量；相应的，参考向量所在的向量组则包括法向量n4、n5、n6。
如图所示，图11C示例的是由图11B所得的参考向量所在的向量组则包括法向量n4、n5、n6计算出合向量；最后合向量与法向量n5的方向一致；由于前文所述法向量n5示例的是图6A中第三牙科种植导板61上位于凸面上的一个圆柱端面，因此法向量n5即是第三牙科种植导板61以凸面向下的最终指向，并向下垂直于xy平面；在此基础上，再对牙科种植导板3D模型数据进行角度和坐标转换处理并将处理完成的牙科种植导板3D模型的三维数据储存，就完成了对第三牙科种植导板61的牙科种植导板定向。
图12A为实现本申请实施例牙科种植导板定向方法的电子设备结构框图。如图所示，本图中电子设备12以具有一个处理器121为例。如图所示，一种电子设备12包括一个处理器121和一个存储单元122；其中存储单元122存储有可被处理器121执行的计算机程序120或指令，计算机程序120或指令被处理器121执行，以使处理器121能够执行如图1中的步骤S100-步骤S920，或执行如图1中的步骤S100-步骤S960。
存储单元122即为本申请的第三方面，所提供的一种非瞬时计算机可读存储介质。其中，存储单元122存储有可由至少一个处理器121执行的指令，以使至少一个处理器121执行时实现如图1中的步骤S100-步骤S920，或实现如图1中的步骤S100-步骤S960。
存储单元122作为一种非瞬时计算机可读存储介质，可用于存储非瞬时软件程序、非瞬时计算机可执行程序以及模块，如执行时实现如图1中的步骤S100-步骤S920对应的程序指令/模块，或实现如图1中的步骤S100-步骤S960对应的程序指令/模块。处理器121通过运行存储在存储单元122中的非瞬时计算机程序120、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述图1对应的实施例中涉及计算机和处理器的步骤。
存储单元122可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储电子设备12使用方法时所创建的数据等。此外，存储单元122可以包括高速随机存取存储模块，还可以包括非瞬时存储模块，例如至少一个磁盘存储模块件、闪存器件、或其它非瞬时固态存储模块件。在一些实施例中，存储单元122可选包括相对于处理器121远程设置的存储模块，这些远程存储模块可以通过网络连接至支撑结构生成的电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
此处描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、专用ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入单元、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入单元、和该至少一个输出装置。
这些计算机程序120(也称作程序、软件、软件应用、或者代码)包括可编程处理器的机器指令，并且可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。如本文使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何计算机程序产品、设备、和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储模块、可编程逻辑装置(PLD))，包括，接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何信号。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
图12B本申请实施例电子设备对3D模型进行预处理切片的示意图。如图所示，用户通过电子设备12运行3D切片软件使用本申请实施例的第一方面提供的一种牙科种植导板定向方法，对牙科种植导板3D模型进行定向摆放，再进行步骤S940，对牙科种植导板3D模型的下部添加支撑单元；再进行步骤S960，将牙科种植导板3D模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据。
图13A为实现本申请方法牙科种植导板定向方法的3D打印设备结构框图。如图所示，一种3D打印设备13包括一个控制器131和一个存储器132；其中存储器132存储有可被控制器131执行的打印控制程序130或指令，打印控制程序130或指令被控制器131执行，以使控制器131能够执行如图1中的步骤S980，进而获得支撑单元添加于下部凸面的牙科种植导板3D模型的整体打印件；或执行如图1中的步骤S100-S980，这是因为图1中的步骤S100-S500部分也可以在3D打印设备13中全程执行。
图13B为本申请方法实施后经切片得到的图像数据导入3D打印设备的示意图。如图所示，用户采用移动存储设备14将电子设备12处理获得的支撑单元添加于下部凸面的牙科种植导板3D模型的切片图像数据和/或打印参数导入到3D打印设备13进行3D曝光打印，进而获得支撑单元添加于下部凸面的牙科种植导板3D模型的整体打印件。
上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其它因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (13)

1.一种牙科种植导板定向方法，其特征在于，包括：
获取牙科种植导板3D模型在三维坐标系下的三角网格模型数据；
遍历所述牙科种植导板3D模型上拼接组成所述牙科种植导板3D模型的所有三角网格；
获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并提取非公共边的端点；
根据所提取的所述非公共边的端点确定所述牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓；
获取所述牙科种植导板3D模型上全部的导环孔圆柱端面的外环轮廓平面的法向量作为取样集合；
由所述取样集合中选取外环轮廓完整度最高的平面的法向量作为参考向量；
按照相互角度差异小于θ度的标准将所述取样集合中的法向量区分为两组；
由所述参考向量所在的一组法向量计算出合向量；
对所述牙科种植导板3D模型数据进行角度和坐标转换处理使3D模型以合向量方向向下垂直于xy平面；
将处理完成的所述牙科种植导板3D模型的三维数据储存于存储单元。
2.根据权利要求1所述的牙科种植导板定向方法，其特征在于，所述获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并提取非公共边的端点,还包括：
获取所有三角网格的法向量；
获取所述法向量趋同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；
对所述第N连续共边群组提取非公共边的端点作为第N端点集合。
3.根据权利要求1所述的牙科种植导板定向方法，其特征在于，所述根据所提取的所述非公共边的端点确定所述牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓，还包括：
由第N端点集合中的全部端点添加最小外接矩形并获取最小外接矩形的几何中心点G；
由所述第N端点集合中选取与所述几何中心点G直线距离最远的端点A；
由所述第N端点集合中选取与所述端点A直线距离最远的端点B；
将所述端点A到所述端点B的距离确定为2R并且将所述端点A到所述端点B的线段中点确定为圆心C；
以所述圆心C为中心确定半径K1*R至半径K2*R的环形区域；
以所述圆心C为中心将所述环形区域等分为Y个扇区；
由所述第N端点集合选取处于所述环形区域的端点作为提取点；
当Y个所述扇区中有X个所述扇区存在所述提取点时确定所述扇区内的所述提取点位于所述牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓。
4.根据权利要求1所述的牙科种植导板定向方法，其特征在于，所述由取样集合中选取外环轮廓完整度最高的平面的法向量作为参考向量，还包括：
获取各个外环轮廓所在平面对应的X值；
由取样集合中选取所述X值最大的外环轮廓平面的法向量作为参考向量。
5.根据权利要求1所述的牙科种植导板定向方法，其特征在于，还包括：
对所述牙科种植导板3D模型的下部添加支撑单元。
6.根据权利要求1或2或3所述的牙科种植导板定向方法，其特征在于，所述θ为0-90度中的任一设定值；所述N为正整数；所述K1的取值范围为0.6-1之间的任意小数；所述K2的取值范围为1-1.4之间的任意小数；所述Y的取值范围为8-100之间的任意整数；所述X小于或等于Y。
7.一种牙科种植导板定向装置，其特征在于，包括：
模型数据获取模块，用于获取牙科种植导板3D模型在三维坐标系下的三角网格模型数据；
模型网格遍历模块，用于遍历所述牙科种植导板3D模型上拼接组成所述牙科种植导板3D模型的所有三角网格；
端点提取模块，用于获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并提取非公共边的端点；
外环轮廓确定模块，用于根据所提取的所述非公共边的端点确定所述牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓；
取样集合获取模块，用于获取所述牙科种植导板3D模型上全部的导环孔圆柱端面的外环轮廓平面的法向量作为取样集合；
参考向量获取模块，用于由所述取样集合中选取外环轮廓完整度最高的平面的法向量作为参考向量；
法向量分组模块，用于按照相互角度差异小于θ度的标准将所述取样集合中的法向量区分为两组；
合向量计算模块，用于由所述参考向量所在的一组法向量计算出合向量；
模型数据转换模块，用于对所述牙科种植导板3D模型数据进行角度和坐标转换处理使3D模型以合向量方向向下垂直于xy平面；
三维数据存储模块，用于将处理完成的所述牙科种植导板3D模型的三维数据储存于存储单元。
8.根据权利要求7所述的牙科种植导板定向装置，其特征在于，所述端点提取模块还包括：
网格法向量提取模块，用于获取所有三角网格的法向量；
连续共边网格群组获取模块，用于获取法向量趋同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；
非公共边端点提取模块，用于对所述第N连续共边群组提取非公共边的端点作为第N端点集合。
9.根据权利要求7所述的牙科种植导板定向装置，其特征在于，所述外环轮廓确定模块还包括：
几何中心点G获取模块，用于由第N端点集合中的全部端点添加最小外接矩形并获取最小外接矩形的几何中心点G；
最远端点A选取模块，用于由所述第N端点集合中选取与所述几何中心点G直线距离最远的端点A；
最远端点B选取模块，用于由所述第N端点集合中选取与所述端点A直线距离最远的端点B；
圆心C确定模块，用于将所述端点A到所述端点B的距离确定为2R并且将所述端点A到所述端点B的线段中点确定为圆心C；
环形区域确定模块，用于以所述圆心C为中心确定半径K1*R至半径K2*R的环形区域；
环形区域等分模块，用于以所述圆心C为中心将所述环形区域等分为Y个扇区；
提取点选取模块，用于由所述第N端点集合选取处于所述环形区域的端点作为提取点；
外环轮廓确定模块，用于当Y个所述扇区中有X个所述扇区存在所述提取点时确定所述扇区内的所述提取点位于所述牙科种植导板3D模型导环孔圆柱端面的外环轮廓。
10.根据权利要求7所述的牙科种植导板定向装置，其特征在于，所述参考向量获取模块还包括：
X值获取模块，用于获取各个外环轮廓所在平面对应的X值；
参考向量获取模块，用于由取样集合中选取所述X值最大的外环轮廓平面的法向量作为参考向量。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储单元；
其中，所述存储模块存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器执行所述指令时实现如权利要求1至5中任一项所述的牙科种植导板定向方法的步骤。
12.一种非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述非瞬时计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的牙科种植导板定向方法的步骤。
13.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机指令，所述计算机指令被计算机执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的牙科种植导板定向方法的步骤。
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