CN115795854A - 基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法及系统 - Google Patents
基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于牙洞点的牙龈构建优化褶皱方法和系统,其利用牙洞数据进行虚拟牙龈构建,对构建的牙龈进行褶皱的检测,若牙齿镶嵌则该牙齿的侧面牙龈区域有存在褶皱风险,对该牙齿的侧面牙龈进行TPS薄板样条形变,消去其褶皱。本发明的优化褶皱的方法利用TPS薄板样条形变处理褶皱区域,能够自动消除褶皱区域,而不影响到牙龈的其他区域,使得构建的虚拟牙龈更加真实美观,提升其虚拟牙龈的真实度,软件可用性高。
Description
技术领域
本发明涉及牙齿矫治技术领域,尤其涉及一种基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法及系统。
背景技术
牙颌畸形是口腔疾病之一,不齐畸形的牙齿会影响牙颌面的发育,影响口腔健康和功能,影响颞下颌关节,并且影响容貌外观。
目前隐形正畸矫治方案的制定过程中,构建的大多是虚拟牙龈模型,并没有参考任何正畸需求者口内的扫描牙龈形态,生产出的矫治器不包覆牙龈,这种生产出的矫治器影响矫治效果;再者如果对于切割边缘也就是矫治器边缘在牙龈线以下的矫治器部分,按照虚拟牙龈设计矫治器,使正畸需求者在佩戴这种矫治器时会出现不贴合或者是压迫牙龈的现象,影响佩戴的舒适度,同时影响矫治效果;再者当相邻牙齿存在碰撞时,会产生褶皱等现象,使得牙龈不美观。
针对现有技术中存在的问题,本发明提供了解决技术问题的技术方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是设计一种能够自动消除褶皱,使得构建的虚拟牙龈更加美观,提升其虚拟牙龈的真实度的牙龈构建优化皱褶方法,解决现有的技术问题。
为解决上述技术问题,本发明的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法包括如下步骤:
步骤S1:根据建好模的单颌的牙冠数据,计算出牙龈底座平面;
步骤S2:根据建模端生成的牙齿牙洞数据,预处理牙洞数据用于后续牙龈构建,其步骤如下:
步骤S21:将牙洞数据分成四个象限数据,类别牙齿近远中的方向进行牙洞点的区域划分;
步骤S22:计算及标志出相邻牙齿的位置关系,对相邻牙齿间的牙洞数据进行分类,包括紧挨和有空隙的类型;
步骤S23:计算出相邻牙齿的凹陷位置作为牙龈构建的三角区域;
步骤S24:根据PCA的方法计算牙洞朝向向量A,上下中心点的连线形成向量B,判断向量A与向量B之间的夹角,通过设置阈值去判断夹角是否过大,若夹角超出阈值范围,则需要将牙洞朝向向量A进行反向,从而校正其方向;其中阈值的设定范围为0.5~1.0,即PCA方法计算出的牙洞朝向向量A与上下中心点连线形成的向量B的差值低于阈值时,则可不调整方向,若超出阈值范围,则需要将方向反向,以校正牙洞朝向。其中PCA指主成分分析,该算法原理是设法将原来遍历重新组合成一组新的弧线无关的几个综合变量,同时根据实际需求从中可以取出几个较少的总和变量尽可能多地反映原来变量的信息的统计的方法,也是数学上处理降维的一种方法。步骤S3:对牙龈底面边界采样,根据步骤S2中预处理后的牙洞数据,对数据进行阈值处理,获取到构建样条线的点,通过这些点生成牙龈底面边界样条线;
步骤S4:根据步骤S1~步骤S3对牙洞以及牙龈底座的数据的处理,构建牙龈网格,其步骤如下:
步骤S41:根据步骤S2中标志出相邻牙齿的位置关系,构建牙齿三角区域的面片;
步骤S42:根据步骤S2中处理后的四个象限的牙洞数据以及步骤S3中底部边界的信息,对牙龈侧面网格进行构建;
步骤S43:将步骤S42构建好的侧面牙龈进行网格拼接;
步骤S44:根据步骤S3的底面边界样条线,对其进行底面网格构建;
步骤S45:对上述构建的网格进行平滑操作;
步骤S46:对网格进行过滤,将反向的面片进行调整,使得面片正向;
步骤S5:根据步骤S4产生的牙龈网格进行褶皱检测,对褶皱区域进行TPS薄板样条形变,使得褶皱消除。
进一步的,步骤S1中,具体包括如下步骤:
步骤S11:收集单颌的每个牙齿的数据,计算出所有牙齿的最低点;
步骤S12:利用步骤S11计算出的最低点和建模端输出的虚拟牙根的方向构建出一个牙龈底座平面。
进一步的,步骤S5中,具体包括如下步骤:
步骤S51:检测步骤S41中的相邻牙齿的三角区域的面片位置关系,若存在牙齿嵌合和位置交叉的情况,则标记出这两个相邻牙齿;
步骤S52:取出步骤4.2构建牙龈的牙洞点,以及牙齿对应的侧面网格边界点作为控制点(C1(x1,y1,z1),...,Cn(xn,yn,zn));计算其相邻牙齿的边界点的中心点加上该牙齿的牙洞点作为目标点(Y1(x′1,y′1,z′1),...,Yn(x′n,y′n,z′n)),输入到TPS薄板样条形变算法中,得到变换矩阵W;
步骤S53:将步骤S52中的相邻牙齿的侧面网格作为输入网格,网格的每个点与矩阵W中的值进行计算,输出已变换的网格,那该区域的网格褶皱消失。
进一步的,TPS是在离散点上的表面插值工具,其本质是一个径向基函数,所述TPS薄板样条形变算法如下:
(a)输入一组三维的控制点集合C;
本发明还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,所述计算机指令在由处理器运行时使得计算机设备执行前述的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机可执行指令,所述指令在被处理器执行时用于实现前述的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法。
本发明还提供一种基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶系统,包括:
一个或多个处理器;以及
一个或多个存储器,其中存储有计算机可执行程序,当由所述处理器执行所述计算机可执行程序时,执行前述的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法。
本发明的有益效果:
本发明的基于牙洞点的牙龈构建优化褶皱方法利用牙洞数据进行虚拟牙龈构建,对构建的牙龈进行褶皱的检测,若牙齿镶嵌则该牙齿的侧面牙龈区域有存在褶皱风险,对该牙齿的侧面牙龈进行TPS薄板样条形变,消去其褶皱。本发明的优化褶皱的方法利用TPS薄板样条形变处理褶皱区域,能够自动消除褶皱区域,而不影响到牙龈的其他区域,使得构建的虚拟牙龈更加真实美观,提升其虚拟牙龈的真实度,软件可用性高。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为牙龈网格生成流程图;
图2为单颌所有牙齿三角区域网格面片生成图;
图3为单颌所有牙齿侧面牙龈网格生成图;
图4为单颌所有牙齿侧面牙龈拼接后的网格图;
图5为单颌牙龈的底部网格面片生成图;
图6为单颌牙龈正向网格面片图;
图7为褶皱产生的区域图;
图8为褶皱消失的区域图。
具体实施方式
结合图1,本发明的本发明的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法包括如下步骤:
步骤S1:根据建好模的单颌的牙冠数据,计算出牙龈底座平面;具体包括如下步骤:
步骤S11:收集单颌的每个牙齿的数据,计算出所有牙齿的最低点;
步骤S12:利用步骤S11计算出的最低点和建模端输出的虚拟牙根的方向构建出一个牙龈底座平面。
步骤S2:根据建模端生成的牙齿牙洞数据,预处理牙洞数据用于后续牙龈构建,其步骤如下:
步骤S21:将牙洞数据分成四个象限数据,类别牙齿近远中的方向进行牙洞点的区域划分;
步骤S22:计算及标志出相邻牙齿的位置关系,对相邻牙齿间的牙洞数据进行分类,包括紧挨和有空隙的类型;
步骤S23:计算出相邻牙齿的凹陷位置作为牙龈构建的三角区域;
步骤S24:根据PCA的方法计算牙洞朝向向量A,上下中心点的连线形成向量B,判断向量A与向量B之间的夹角过大,通过设置阈值去判断夹角是否过大,若夹角超出阈值范围,则需要将牙洞朝向向量A进行反向,从而校正其方向;其中阈值的设定范围为0.5~1.0,即PCA方法计算出的牙洞朝向向量A与上下中心点连线形成的向量B的差值低于阈值时,则可不调整方向,若超出阈值范围,则需要将方向反向,以校正牙洞朝向。其中PCA指主成分分析,该算法原理是设法将原来遍历重新组合成一组新的弧线无关的几个综合变量,同时根据实际需求从中可以取出几个较少的总和变量尽可能多地反映原来变量的信息的统计的方法,也是数学上处理降维的一种方法。步骤S3:对牙龈底面边界采样,根据步骤S2中预处理后的牙洞数据,对数据进行阈值处理,获取到构建样条线的点,通过这些点生成牙龈底面边界样条线;
步骤S4:根据步骤S1~步骤S3对牙洞以及牙龈底座的数据的处理,构建牙龈网格,其步骤如下:
步骤S41:根据步骤S2中标志出相邻牙齿的位置关系,构建牙齿三角区域的面片;
步骤S42:根据步骤S2中处理后的四个象限的牙洞数据以及步骤S3中底部边界的信息,对牙龈侧面网格进行构建;
步骤S43:将步骤S42构建好的侧面牙龈进行网格拼接;
步骤S44:根据步骤S3的底面边界样条线,对其进行底面网格构建;
步骤S45:对上述构建的网格进行平滑操作;
步骤S46:对网格进行过滤,将反向的面片进行调整,使得面片正向;
步骤S5:根据步骤S4产生的牙龈网格进行褶皱检测,对褶皱区域进行TPS薄板样条形变,使得褶皱消除;具体包括如下步骤:
步骤S51:检测步骤S41中的相邻牙齿的三角区域的面片位置关系,若存在牙齿嵌合和位置交叉的情况,则标记出这两个相邻牙齿;
步骤S52:取出步骤4.2构建牙龈的牙洞点,以及牙齿对应的侧面网格边界点作为控制点(C1(x1,y1,z1)),...,Cn(xn,yn,zn));计算其相邻牙齿的边界点的中心点加上该牙齿的牙洞点作为目标点(Y1(x′1,y′1,z′1),...,Yn(x′n,y′n,z′n)),输入到TPS薄板样条形变算法中,得到变换矩阵W;
TPS是在离散点上的表面插值工具,其本质是一个径向基函数,所述TPS薄板样条形变算法如下:
(a)输入一组三维的控制点集合C;
构造矩阵K,Kij=U(|[ci1ci2ci3]-[cj1cj2cj3]|)i,j∈[1...p];
步骤S53:将步骤S52中的相邻牙齿的侧面网格作为输入网格,网格的每个点与矩阵W中的值进行计算,输出已变换的网格,那该区域的网格褶皱消失。
实施例1
本实施例提供一种基于牙洞点的牙龈构建优化褶皱方法,该方法包括如下步骤。
步骤S1:收集单颌的牙齿数据,计算出牙龈的底座高度;
在本步骤中,计算出单颌中牙齿数据的最低点,根据最低点和建模端输出的虚拟牙根的方向构建出一个牙龈底座平面;
步骤S2:根据建模端生成的牙齿牙洞数据,预处理牙洞的数据,用于后续牙龈构建;
在本步骤中,对牙洞数据进行四个象限的区域划分,类别牙齿近远中的方向进行牙洞点的区域划分;对相邻牙齿间的牙洞数据进行分类,其中包括紧挨和空隙的类型;再将相邻牙齿的凹陷区域中的牙洞数据进行计算,作为构建牙龈的三角区域的位置;再通过PCA的方法计算牙洞朝向向量A,上下中心点的连线形成向量B,判断向量A与向量B之间的夹角过大,通过设置阈值去判断夹角是否过大,若夹角超出阈值范围,则需要将牙洞朝向向量A进行反向,从而校正其方向;本实施例中,阈值设定为0.6,即PCA方法计算出的牙洞朝向向量A与上下中心点连线形成的向量B的差值低于阈值0.6时,则可不调整方向,若超出阈值0.6时,则需要将方向反向,以校正牙洞朝向;
步骤S3:对牙龈底面边界采样,根据步骤S2预处理后的牙洞数据,对数据进行阈值处理,获取到构建样条线的点,通过这些点生成牙龈底面边界样条线;
步骤4:根据步骤S1~步骤S3对牙洞以及牙龈底座的数据的处理,开始构建牙龈网格;
在本步骤中,在相邻牙齿的凹陷区域构建三角区域,如图2所示,在每个相邻牙齿之间都先构建三角区域,并记住每个三角区域的开始和结束的索引点;再通过牙洞数据、牙龈底座的信息以及三角区域的索引点,构建牙龈的侧面网格,如图3所示,对每颗牙齿都进行牙龈侧面网格构建,记住侧面网格边界点的索引;再将相邻的侧面网格边界点进行缝合,如图4所示;再对牙龈底座的网格进行构建,根据侧面网格底部的点索引,进行网格拼接,如图5所示;由于网格的面片方向有时会存在反向的现象,再对网格进行正向操作,使得网格正向,如图6所示;
步骤S5:根据步骤S4的网格构建,计算侧面网格边界点和三角区域边界点的位置关系,判断是否存在褶皱现象,若存在则采取TPS算法对该区域进行形变。
在本步骤中,计算侧面网格边界点和三角区域边界点的位置关系,若存在嵌合和位置交叉的情况,则标记;获取标记处侧面网格的牙齿索引号,同时取出该相邻的牙齿的索引号,对这两个牙齿的侧面网格间的网格点进行TPS算法形变,TPS薄板样条形变算法如下:
(a)输入一组三维的控制点集合C;
构造矩阵K,Kij=U(|[ci1ci2ci3]-[cj1cj2cj3]|)i,j∈[1...p];
褶皱现象如图7所示,采取TPS算法形变后,网格输出如图8所示,通过对比可发现(图7和图8方框处),采用本实施例的优化褶皱的方法后,褶皱区域被消除,且不影响到牙龈的其他区域,构建的虚拟牙龈真实美观。
实施例2
本实施例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,所述计算机指令在由处理器运行时使得计算机设备执行实施例1中的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法。
实施例3
本实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机可执行指令,所述指令在被处理器执行时用于实现实施例1中的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法。
实施例4
本实施例提供一种基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶系统,包括:
一个或多个处理器;以及
一个或多个存储器,其中存储有计算机可执行程序,当由所述处理器执行所述计算机可执行程序时,执行实施例1中的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已,本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (7)
1.一种基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤S1:根据建好模的单颌的牙冠数据,计算出牙龈底座平面;
步骤S2:根据建模端生成的牙齿牙洞数据,预处理牙洞数据,其步骤如下:
步骤S21:将牙洞数据分成四个象限数据;
步骤S22:计算及标志出相邻牙齿的位置关系;
步骤S23:计算出相邻牙齿的凹陷位置作为牙龈构建的三角区域;
步骤S24:根据PCA的方法计算牙洞朝向向量A,上下中心点的连线形成向量B,判断向量A与向量B之间的夹角,通过设置阈值去判断夹角是否过大,若夹角超出阈值范围,则需要将牙洞朝向向量A进行反向,用以校正其方向;
步骤S3:对牙龈底面边界采样,根据步骤S2中预处理后的牙洞数据,对数据进行阈值处理,获取到构建样条线的点,通过这些点生成牙龈底面边界样条线;
步骤S4:根据步骤S1~步骤S3对牙洞以及牙龈底座的数据的处理,构建牙龈网格,其步骤如下:
步骤S41:根据步骤S2中标志出相邻牙齿的位置关系,构建牙齿三角区域的面片;
步骤S42:根据步骤S2中处理后的四个象限的牙洞数据以及步骤S3中底部边界的信息,对牙龈侧面网格进行构建;
步骤S43:将步骤S42构建好的侧面牙龈进行网格拼接;
步骤S44:根据步骤S3的底面边界样条线,对其进行底面网格构建;
步骤S45:对上述构建的网格进行平滑操作;
步骤S46:对网格进行过滤,将反向的面片进行调整,使得面片正向;
步骤S5:根据步骤S4产生的牙龈网格进行褶皱检测,对褶皱区域进行TPS薄板样条形变,使得褶皱消除。
2.根据权利要求1所述的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法,其特征在于:步骤S1中,具体包括如下步骤:
步骤S11:收集单颌的每个牙齿的数据,计算出所有牙齿的最低点;
步骤S12:利用步骤S11计算出的最低点和建模端输出的虚拟牙根的方向构建出一个牙龈底座平面。
3.根据权利要求1所述的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法,其特征在于:步骤S5中,具体包括如下步骤:
步骤S51:检测步骤S41中的相邻牙齿的三角区域的面片位置关系,若存在牙齿嵌合和位置交叉的情况,则标记出这两个相邻牙齿;
步骤S52:取出步骤4.2构建牙龈的牙洞点,以及牙齿对应的侧面网格边界点作为控制点(C1(x1,y1,z1),...,Cn(xn,yn,zn));计算其相邻牙齿的边界点的中心点加上该牙齿的牙洞点作为目标点(Y1(x′1,y′1,z′1),...,Yn(x′n,y′n,z′n)),输入到TPS薄板样条形变算法中,得到变换矩阵W;
步骤S53:将步骤S52中的相邻牙齿的侧面网格作为输入网格,网格的每个点与矩阵W中的值进行计算,输出已变换的网格,那该区域的网格褶皱消失。
5.一种计算机程序产品,其特征在于:所述计算机程序产品包括计算机指令,所述计算机指令在由处理器运行时使得计算机设备执行如权利要求1-4中任一项所述的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法。
6.一种计算机可读存储介质,其特征在于:其上存储有计算机可执行指令,所述指令在被处理器执行时用于实现如权利要求1-4中任一项所述的基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶方法。
7.一种基于牙洞点的牙龈构建优化皱褶系统,其特征在于:包括:
一个或多个处理器;以及
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CN117253011A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-12-19 | 山东大学 | 一种面向数字化正畸的虚拟牙龈网格模型生成方法及系统 |
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- 2022-11-28 CN CN202211499011.XA patent/CN115795854A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117253011A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-12-19 | 山东大学 | 一种面向数字化正畸的虚拟牙龈网格模型生成方法及系统 |
CN117253011B (zh) * | 2023-07-26 | 2024-04-02 | 山东大学 | 一种面向数字化正畸的虚拟牙龈网格模型生成方法及系统 |
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