CN117635870A - 牙齿三维数字模型处理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请的一方面提供了一种计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其包括：获取表示牙列的第一三维数字模型；对所述第一三维数字模型中的牙齿进行分组，其中，对于每一错位超过预定程度的牙齿，将其与两侧的邻牙分为一组，对于其他牙齿，则将每两颗邻牙分为一组；对于所述每一组牙齿的三维数字模型进行以下操作：去除该组每一牙齿的三维数字模型的顶部网格；基于该组牙齿的剩余网格产生alpha形状；提取所述alpha形状的边界面片；以及将所述边界面片中三个顶点位于同一牙齿之上的面片剔除，获得填充网格；以及基于所述第一三维数字模型和所述各组牙齿的填充网格产生第二三维数字模型。
Description
技术领域
本申请总体上涉及牙齿三维数字模型处理方法。
背景技术
由于在美观、便捷以及卫生等方面的优势，以高分子材料制作的壳状牙科器械，例如，牙齿矫治器以及保持器等，越来越受欢迎。壳状牙科器械包括壳状主体，它是一体的壳，形成容纳牙齿的空腔。
一种常用的壳状主体的制作方法是通过施加正压力或负压力把经加热的高分子膜片材料在牙齿正模型上压膜形成对应的负模型，接着把该负模型多余的部分裁剪去除得到对应的壳状主体。
目前，较常见的正模型(阳模)的制作方法是对牙列三维数字模型的邻牙间倒凹进行填充，得到阳模的三维数字模型，然后，利用该阳模的三维数字模型控制设备(例如，光固化快速成型设备)制作得到阳模。
本申请的发明人发现，由于现有的方法仅对邻牙间的倒凹进行填充，若存在严重错位的牙齿，错位牙两侧牙齿之间的倒凹可能使得壳状主体脱模困难以及摘戴困难。
鉴于以上，有必要提供一种新的牙齿三维数字模型处理方法。
发明内容
本申请的一方面提供了一种计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其包括：获取表示牙列的第一三维数字模型；对所述第一三维数字模型中的牙齿进行分组，其中，对于每一错位超过预定程度的牙齿，将其与两侧的邻牙分为一组，对于其他牙齿，则将每两颗邻牙分为一组；对于所述每一组牙齿的三维数字模型进行以下操作：去除该组每一牙齿的三维数字模型的顶部网格；基于该组牙齿的剩余网格产生alpha形状；提取所述alpha形状的边界面片；以及将所述边界面片中三个顶点位于同一牙齿之上的面片剔除，获得填充网格；以及基于所述第一三维数字模型和所述各组牙齿的填充网格产生第二三维数字模型。
在一些实施方式中，所述alpha形状包括由多个德罗内四面体构成的实体。
在一些实施方式中，所述每一牙齿的顶部网格是通过从该牙齿各顶点中筛选出预定比例的局部坐标系Z轴坐标值最靠近牙齿顶部方向的顶点而确定。
在一些实施方式中，所述预定比例是1/4。
在一些实施方式中，对所述每一组牙齿的三维数字模型的操作还包括：对该组牙齿的剩余网格的顶点进行采样，获得采样点集，其中，所述alpha形状是基于所述采样点集产生。
在一些实施方式中，所述alpha形状的alpha值为能够生成一个包围所述采样点集的所有点的alpha形状的最小alpha半径。
在一些实施方式中，所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法还包括：识别所述第一三维数字模型中错位超过预定程度的牙齿。
在一些实施方式中，所述错位超过所述预定程度的牙齿的识别包括：对于所述第一三维数字模型中任意三颗连续的牙齿，作两侧牙齿的质心至中间牙齿的质心的连线；若该两条连线的夹角小于预定角度，则将该中间牙齿识别为错位超过所述预定程度的牙齿。
在一些实施方式中，所述预定角度为120°。
在一些实施方式中，所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法还包括：对所述各组牙齿的填充网格的边进行补洞处理；以及基于所述第一三维数字模型以及所述经补洞处理的各组牙齿的填充网格，通过布尔运算产生所述第二三维数字模型。
在一些实施方式中，所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法还包括：在所述补洞处理之前，对所述各组牙齿的填充网格的边进行平滑处理。
本申请的又一方面提供了一种用于处理牙齿三维数字模型的计算机系统，它包括处理器和存储装置，所述存储装置存储有用于处理牙齿三维数字模型的计算机程序，当其被所述处理器运行后，所述处理器将执行所述的牙齿三维数字模型处理方法。
附图说明
以下将结合附图及其详细描述对本申请的上述及其他特征作进一步说明。应当理解的是，这些附图仅示出了根据本申请的若干示例性的实施方式，因此不应被视为是对本申请保护范围的限制。除非特别指出，附图不必是成比例的，并且其中类似的标号表示类似的部件。
图1为本申请一个实施例中的牙齿三维数字模型处理方法的示意性流程图；
图2为本申请一个实施例中的用于处理牙齿三维数字模型的计算机程序的一个界面所展示的一个例子中的一组三颗牙齿的三维数字模型；
图3为所述计算机程序的一个界面所展示的基于图2所示的牙齿三维数字模型产生的填充网格；
图4为所述计算机程序的一个界面所展示的图3所示填充网格的边界；以及
图5为所述计算机程序的一个界面所展示的图4所示填充网格经补洞后的样子。
具体实施方式
以下的详细描述中引用了构成本说明书一部分的附图。说明书和附图所提及的示意性实施方式仅仅是出于说明性之目的，并非意图限制本申请的保护范围。在本申请的启示下，本领域技术人员能够理解，可以采用许多其他的实施方式，并且可以对所描述实施方式做出各种改变，而不背离本申请的主旨和保护范围。应当理解的是，在此说明并图示的本申请的各个方面可以按照很多不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，这些不同配置都在本申请的保护范围之内。
本申请的一方面提供了一种计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，它不仅对邻牙间的倒凹进行填充，还对存在一定程度错位的牙齿的两侧牙齿间的倒凹进行填充，以改善壳状牙科器械的壳状主体的热压膜成型工艺的脱模困难的问题以及壳状牙科器械摘戴困难的问题。
本申请的又一方面提供了一种用于处理牙齿三维数字模型的计算机系统，它包括处理器和存储装置，所述存储装置存储有用于处理牙齿三维数字模型的计算机程序，当其被所述处理器运行后，将执行所述牙齿三维数字模型处理方法。
在本申请的启示下，可以理解，本申请的牙齿三维数字模型的处理方法不仅能用于产生用于以热压膜成型工艺制作壳状牙科器械的阳模的三维数字模型，也能用于产生壳状牙科器械的壳状主体的三维数字模型，更具体的，以本申请的方法所产生的阳模的三维数字模型的外表面作为内表面，产生具有预定厚度的壳状主体的三维数字模型。
请参图1，为本申请一个实施例中的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法100的示意性流程图。
在101中，获取表示牙列的第一三维数字模型。
对于壳状牙齿矫治器而言，可以先获取表示处于初始牙齿布局(即在进行牙齿正畸治疗之前的牙齿布局)的牙列(例如，上颌牙列或下颌牙列)的三维数字模型，例如，通过口内扫描，或扫描印模或牙齿实体模型。然后，基于该初始牙齿布局产生一系列逐次的牙齿布局。所述第一三维数字模型所对应的牙齿布局可以是这一系列逐次的牙齿布局中的其中一个。在一个实施例中，所述第一三维数字模型中各牙齿相互独立。产生表示牙列的三维数字模型的方法为业界所习知，此处不再进行详细描述。
在103中，对所述第一三维数字模型中的牙齿进行分组。
本申请的牙齿三维数字模型处理方法不仅填充邻牙之间的倒凹，而且还填充错位超过预定程度的牙齿的两侧牙齿之间的倒凹。因此，需要识别出所述第一三维数字模型中错位超过一定程度的牙齿。
在一个实施例中，对于所述第一三维数字模型中任意三颗连续的牙齿，计算两侧牙齿的质心与中间牙齿的质心的连线的夹角，若该夹角小于一预定的角度，则认为该中间牙齿是严重错位的牙齿。在一个实施例中，该预定的角度可以是120°。在本申请的启示下，可以理解，该预定的角度可以根据需求设定成其他值。
在本申请的启示下，可以理解，除了以上方法之外，也可以采用任何其他适用的方法识别严重错位的牙齿。例如，严重错位的牙齿可以由人工预先识别，又或者可以利用基于人工神经网络的方法进行识别。
对于识别出的每一错位超过所述预定程度的牙齿，将该牙齿以及其两侧的邻牙分为一组。对于其他牙齿，则将每两颗相邻的牙齿分为一组。
可以理解，由于需要为每两颗相邻牙齿产生填充网格，因此，一颗牙齿可能同时属于两个相邻的组。例如，若将一个牙列的牙齿按18、17...11、21、22...28的方式进行编号，18号和17号牙齿可能形成一组，17号和16号牙齿可能形成一组。
在105中，利用alpha形状方法为每一组牙齿产生填充网格。
在产生填充网格时，是以组为单位进行处理，即一组两颗牙齿或三颗牙齿。下面以一组三颗牙齿的例子对产生填充网格的过程进行详细描述。
请参图2，为本申请一个实施例中的用于处理牙齿三维数字模型的计算机程序的一个界面所展示的一个例子中的一组三颗牙齿的三维数字模型。其中，牙齿201是识别出的错位超过所述预定程度的牙齿，牙齿203和205分别是其两侧的邻牙。
由于填充的网格是位于牙齿侧面，为了减少计算量，可以把牙齿顶部的网格去除，基于剩余的网格计算填充的网格。在一个实施例中，对于每一牙齿，可以将其网格顶点中局部坐标系Z轴(自牙冠指向牙根)坐标值最小(即最靠近牙齿顶部)的1/4顶点作为其顶部网格的顶点。在本申请的启示下，可以理解，作为牙齿顶部的顶点的比例可以根据需求调整。
在去除牙齿顶部网格之后，剩余的顶点数量依然较多，为了进一步减少计算量，可以在所述三颗牙齿剩余的顶点中进行采样，例如，均匀采样或随机采样，得到采样点集合，基于该采样点集合产生填充网格。
接着，基于所述采样点集合构建三维alpha形状(3D alpha shape)。在一个实施例中，alpha值可以选择能够生成一个包围所述采样点集合的所有点的alpha形状的最小alpha半径。在本申请的启示下，可以理解，alpha值可以根据需求和具体情况进行调整。
所述三维alpha形状包括由多个德罗内四面体(Delaunay tetrahedron)构成的实体，从中提取边界面片，并将其中三个顶点位于同一牙齿的面片剔除，将剩余的面片作为填充网格。
请参图3，为所述计算机程序的一个界面所展示的基于图2所示的牙齿三维数字模型产生的填充网格。其中，填充网格207不仅填充两对邻牙201和203以及201和205之间的倒凹，而且还填充严重错位牙201两侧牙齿203和205之间的倒凹。
请参图4，为所述计算机程序的一个界面所展示的图3所示填充网格的其中一个边界。填充网格207与每一牙齿相接处均存在一条边界209。在一个实施例中，可以对填充网格207的所有边界进行平滑处理，使得后续产生的新的三维数字模型的表面更加平滑。
此时，填充网格207还不是封闭的三维数字模型，它的每一条边界都定义了一个洞。若要通过将填充网格207和牙齿三维数字模型201、203及205进行布尔运算，以获得新的三维数字模型，就需要把这些洞进行缝补，使填充网格207形成一个封闭的三维数字模型。
请参图5，为所述计算机程序的一个界面所展示的图4所示填充网格补洞后的样子。补洞的方法已为业界所习知，故此处不再赘述。
如以上所述，对于错位未达到所述预定程度的牙齿，将每两颗相邻的牙齿作为一组进行处理，以产生两者之间的填充网格，处理方法与三颗牙齿为一组的类似，不再赘述。
在107中，将所有经补洞的填充网格与所述第一三维数字模型进行布尔运算得到第二三维数字模型。
在一个实施例中，在为所述第一三维数字模型的所有组牙齿产生填充网格之后，将这些填充网格与所述第一三维数字模型进行布尔运算，得到第二三维数字模型。
在一个实施例中，可以利用所述第二三维数字模型控制设备(例如，光固化快速成型设备)制作阳模，然后，以热压膜成型工艺在该阳模上压膜获得壳状牙科器械的壳状主体。
在又一实施例中，可以提取所述第二三维数字模型的外表面(不包括底面)并将其作为壳状牙科器械的壳状主体的内表面，然后，基于所述内表面产生具有指定厚度的壳状牙科器械的壳状主体的三维数字模型，接着，利用该壳状主体的三维数字模型控制设备(例如，3D打印设备)制作壳状主体。
尽管在此公开了本申请的多个方面和实施例，但在本申请的启发下，本申请的其他方面和实施例对于本领域技术人员而言也是显而易见的。在此公开的各个方面和实施例仅用于说明目的，而非限制目的。本申请的保护范围和主旨仅通过后附的权利要求书来确定。
同样，各个图表可以示出所公开的方法和系统的示例性架构或其他配置，其有助于理解可包含在所公开的方法和系统中的特征和功能。要求保护的内容并不限于所示的示例性架构或配置，而所希望的特征可以用各种替代架构和配置来实现。除此之外，对于流程图、功能性描述和方法权利要求，这里所给出的方框顺序不应限于以同样的顺序实施以执行所述功能的各种实施例，除非在上下文中明确指出。
除非另外明确指出，本文中所使用的术语和短语及其变体均应解释为开放式的，而不是限制性的。在一些实例中，诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”这样的扩展性词汇和短语或者其他类似用语的出现不应理解为在可能没有这种扩展性用语的示例中意图或者需要表示缩窄的情况。
Claims (12)
1.一种计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，包括：
获取表示牙列的第一三维数字模型；
对所述第一三维数字模型中的牙齿进行分组，其中，对于每一错位超过预定程度的牙齿，将其与两侧的邻牙分为一组，对于其他牙齿，则将每两颗邻牙分为一组；
对于所述每一组牙齿的三维数字模型进行以下操作：
去除该组每一牙齿的三维数字模型的顶部网格；
基于该组牙齿的剩余网格产生alpha形状；
提取所述alpha形状的边界面片；以及
将所述边界面片中三个顶点位于同一牙齿之上的面片剔除，获得填充网格；以及
基于所述第一三维数字模型和所述各组牙齿的填充网格产生第二三维数字模型。
2.如权利要求1所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其特征在于，所述alpha形状包括由多个德罗内四面体构成的实体。
3.如权利要求1所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其特征在于，所述每一牙齿的顶部网格是通过从该牙齿各顶点中筛选出预定比例的局部坐标系Z轴坐标值最靠近牙齿顶部方向的顶点而确定。
4.如权利要求3所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其特征在于，所述预定比例是1/4。
5.如权利要求1所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其特征在于，对所述每一组牙齿的三维数字模型的操作还包括：对该组牙齿的剩余网格的顶点进行采样，获得采样点集，其中，所述alpha形状是基于所述采样点集产生。
6.如权利要求5所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其特征在于，所述alpha形状的alpha值为能够生成一个包围所述采样点集的所有点的alpha形状的最小alpha半径。
7.如权利要求1所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其特征在于，它还包括：识别所述第一三维数字模型中错位超过预定程度的牙齿。
8.如权利要求7所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其特征在于，所述错位超过所述预定程度的牙齿的识别包括：对于所述第一三维数字模型中任意三颗连续的牙齿，作两侧牙齿的质心至中间牙齿的质心的连线；若该两条连线的夹角小于预定角度，则将该中间牙齿识别为错位超过所述预定程度的牙齿。
9.如权利要求8所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其特征在于，所述预定角度为120°。
10.如权利要求1所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其特征在于，它还包括：
对所述各组牙齿的填充网格的边进行补洞处理；以及
基于所述第一三维数字模型以及所述经补洞处理的各组牙齿的填充网格，通过布尔运算产生所述第二三维数字模型。
11.如权利要求1所述的计算机执行的牙齿三维数字模型处理方法，其特征在于，它还包括：在所述补洞处理之前，对所述各组牙齿的填充网格的边进行平滑处理。
12.一种用于处理牙齿三维数字模型的计算机系统，它包括处理器和存储装置，所述存储装置存储有用于处理牙齿三维数字模型的计算机程序，当其被所述处理器运行后，所述处理器将执行如权利要求1所述的牙齿三维数字模型处理方法。
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