CN118370619A - 虚拟牙龈表面形态生成方法、电子设备及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种虚拟牙龈表面形态生成方法、电子设备及可读存储介质。虚拟牙龈表面形态生成方法包括：获取初始虚拟牙龈模型及牙齿模型，并基于牙齿模型生成颈缘线；基于初始虚拟牙龈模型、牙齿模型及颈缘线，对初始虚拟牙龈模型进行变形生成牙齿内部区域形态及牙龈乳变区形态，得到第一虚拟牙龈模型；对第一虚拟牙龈模型进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第二虚拟牙龈模型；对第二虚拟牙龈模型进行处理，得到目标虚拟牙龈模型。本申请通过对初始牙龈模型依次变形处理，实现精准生成牙龈所需的多种表面形态，并且各个表面形态可以独立生成和编辑。

Description

虚拟牙龈表面形态生成方法、电子设备及可读存储介质

技术领域

本申请涉及口腔修复技术领域，特别涉及一种虚拟牙龈表面形态生成方法、电子设备及可读存储介质。

背景技术

在牙齿矫治、全口义齿、种植牙或其它一些牙龈桥架一体式方案等场景中，都有对数字化的虚拟牙龈的需求，通常的虚拟牙龈生成算法在生成虚拟牙龈形态时，会同时生成牙龈的表面形态，然而虚拟牙龈的表面形态比较丰富，现有的一些系统生成的牙龈表面形态效果欠佳，且不易对其表面形态进行再次编辑。

发明内容

本申请实施方式提供了一种虚拟牙龈表面形态生成方法、电子设备及可读存储介质。旨在解决生成的虚拟牙龈效果不佳的技术问题。

本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法，包括：获取初始虚拟牙龈模型及牙齿模型，并基于牙齿模型生成颈缘线；基于初始虚拟牙龈模型、牙齿模型及颈缘线，对初始虚拟牙龈模型进行变形生成牙齿内部区域形态及牙龈乳变区形态，得到第一虚拟牙龈模型；对第一虚拟牙龈模型进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第二虚拟牙龈模型；对第二虚拟牙龈模型进行处理，得到目标虚拟牙龈模型。

在一些实施方式中，基于牙齿模型生成颈缘线，包括：获取牙齿模型中各个牙齿子模型的中心点，并将所有牙齿子模型的中心点拟合成第一平面；将第一平面按照预设方向移动预设距离，获取第一平面与每个牙齿子模型的交线；将每个牙齿子模型的中心点投影至第一平面，得到每个牙齿子模型的中心投影点；基于每个牙齿子模型的中心投影点，获取每个牙齿子模型的左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点；将每个牙齿子模型的左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点及每个牙齿子模型的初始颈缘线中的至少部分点拟合成曲线，基于曲线生成每个牙齿子模型的颈缘线。

在一些实施方式中，将第一平面按照预设方向移动预设距离，获取第一平面与每个牙齿子模型的交线，包括：获取牙弓方向及第一平面的法向；将法向的向量与牙弓方向的向量点乘，基于点乘结果确定法向的方向；若点乘结果大于0，则法向对应的方向确定为预设方向；若点乘结果小于0，则将法向调整为与牙弓方向同向，并将调整后的法向确定为预设方向。

在一些实施方式中，基于每个牙齿子模型的中心点在第一平面上的投影点，获取每个牙齿子模型的左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点，包括：获取每个牙齿子模型的中心投影点与相邻牙齿子模型的中心点的连线，得到每个中心投影点的左连线和右连线；获取每个中心投影点的左连线和右连线与对应的牙齿子模型的交点，得到左高点和右高点；将左连线绕转轴沿顺时针和逆时针方向均旋转预设角度，得到左前点和左后点，将右连线绕转轴沿顺时针和逆时针方向均旋转预设角度，得到右前点和右后点，转轴过牙齿子模型的中心点且延伸方向为预设方向。

在一些实施方式中，基于初始虚拟牙龈模型、牙齿模型及颈缘线，对初始虚拟牙龈模型进行变形生成牙齿内部区域形态及牙龈乳变区形态，得到第一虚拟牙龈模型，包括：获取初始虚拟牙龈形态与牙齿模型中每个牙齿子模型的相交线，并基于相交线获取N领域点集和M领域点集，M＞N；基于N领域点集和M领域点集，对初始虚拟牙龈模型向下拉伸变形，生成牙齿内部区域形态；获取颈缘线在初始虚拟牙龈模型上的颈缘线点集，并基于颈缘线点集对初始虚拟牙龈模型进行变形，生成牙龈乳突区形态。

在一些实施方式中，对第一虚拟牙龈模型进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第二虚拟牙龈模型，包括：获取第一虚拟牙龈模型和牙齿模型的交线，基于交线向外扩张预定邻域，得到龈沿突起区；根据牙齿模型中各牙齿子模型的中心点和牙齿咬合方向，对应构建各个第二平面；获取龈沿上的点与每个牙齿子模型的中心点在第二平面上的投影方向，并计算投影方向与主轴方向之间的夹角，主轴为牙齿子模型的中心点和牙根高点在第二平面上的投影点构成的连线；基于夹角计算龈沿的突起程度，并基于突起程度对龈沿进行变形生成龈沿突起区形态。

在一些实施方式中，对第一虚拟牙龈形态进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第二虚拟牙龈模型，包括：获取相邻牙齿的龈沿外围交点，并获取预设的牙根凹陷曲度和牙根凹陷深度；基于预设牙根变形函数、龈沿外围交点、牙根凹陷曲度和牙根凹陷深度，对第一虚拟牙龈模型进行变形，得到龈沿牙根间隙形态；基于龈沿牙根间隙形态分割第一虚拟牙龈模型，得到每个牙齿对应的子牙龈区域；以牙龈突起区在每个子牙龈区域中的底点开始按照预设步长向下依次构建多个截面，基于多个截面获取每个子牙龈区域的多条控制线；基于多条控制线对每个子牙龈区域中子牙根区域进行变形，得到每个牙齿对应的子牙根区域形态。

在一些实施方式中，对第二虚拟牙龈形态进行处理，得到目标虚拟牙龈形态，包括：检查第二虚拟牙龈模型所有区域的厚度，对第二虚拟牙龈模型中厚度不满足厚度阈值的区域进行扩充，得到第三虚拟牙龈模型，第三虚拟牙龈模型所有区域的厚度均大于或等于厚度阈值；切削第三虚拟牙龈模型的下表面，得到目标虚拟牙龈模型。

本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成模块，包括生成模块、第一变形模块、第二变形模块及处理模块，生成模块用于获取初始虚拟牙龈模型及牙齿模型，并基于牙齿模型生成颈缘线；第一变形模块基于初始虚拟牙龈模型、牙齿模型及颈缘线，对初始虚拟牙龈模型进行变形生成牙齿内部区域形态及牙龈乳变区形态，得到第一虚拟牙龈模型；第二变形模块用于对第一虚拟牙龈模型进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第二虚拟牙龈模型；处理模块用于对第二虚拟牙龈模型进行处理，得到目标虚拟牙龈模型。

本申请实施方式的电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述任一实施方式所述的虚拟牙龈表面形态生成方法的步骤。

本申请实施方式的计算机可读存储介质上存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施方式所述的虚拟牙龈表面形态生成方法的步骤。

本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法、生成模块、电子设备及可读存储介质，获取初始牙龈模型和牙齿模型，并基于牙齿模型生成颈缘线，基于颈缘线对初始虚拟牙龈模型进行变形生成牙齿内部区域形态及牙龈乳变区形态，得到第一虚拟牙龈模型；对第一虚拟牙龈模型进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第三虚拟牙龈模型；对第三虚拟牙龈形态进行处理，得到目标虚拟牙龈模型；由此，通过对初始牙龈模型依次变形处理，实现精准生成牙龈所需的多种表面形态（即牙龈乳突区形态、龈沿突起区形态、龈沿牙根间隙形态、牙根区域形态及牙齿内部区域形态），并且各个表面形态均可以独立生成和编辑，在牙龈形态生成后，便于对其中的一种或多种表面形态进行再次变形处理，大幅减少了修改牙龈形态所需的时间。

本申请实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的流程示意图；

图2是本申请实施方式的初始虚拟牙龈模型和目标虚拟牙龈模型的对比示意图；

图3是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成模块的模块示意图；

图4是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的流程示意图；

图5是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的一个场景示意图；

图6是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的一个场景示意图；

图7是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的流程示意图；

图8是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的一个场景示意图；

图9是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的一个场景示意图；

图10是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的流程示意图；

图11是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的一个场景示意图；

图12是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的流程示意图；

图13至图17是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的场景示意图；

图18是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的流程示意图；

图19是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的一个场景示意图；

图20是本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的一个场景示意图；

图21是本申请实施方式的电子设备的结构示意图；

图22是本申请实施方式的计算机可读存储介质的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的实施方式的限制。

请参阅图1，本申请实施方式提供了一种虚拟牙龈表面形态生成方法，在图1 所示的实施例中，虚拟牙龈表面形态生成方法包括如下步骤11至步骤14。

11、获取初始虚拟牙龈模型及牙齿模型，并基于牙齿模型生成颈缘线；

12、基于初始虚拟牙龈模型、牙齿模型及颈缘线，对初始虚拟牙龈模型进行变形生成牙齿内部区域形态及牙龈乳变区形态，得到第一虚拟牙龈模型；

13、对第一虚拟牙龈模型进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第二虚拟牙龈模型；

14、对第二虚拟牙龈模型进行处理，得到目标虚拟牙龈模型。

在步骤11中，初始虚拟牙龈模型可为先前构建的无表面形态的牙龈3D网格模型，可通过三维软件构建得到或预先存储至存储器内。牙齿模型可为采用三维扫描仪等设备扫描用户牙齿后基于扫描数据构建的模型，牙齿模型可包括多个牙齿子模型，每个牙齿子模型分别对应一个牙齿，不同用户的牙齿模型可不同。牙齿模型和初始虚拟牙龈模型可合二为一，得到牙齿牙龈模型，例如图2中的（a）部分所示。通过对牙齿模型进行处理，可得到颈缘线。

在步骤12中，可基于初始虚拟牙龈模型和牙齿模型，对初始虚拟牙龈模型进行变形，生成牙齿内部区域形态。牙齿内部区域形态具有一定凹陷效果，这种形态既符合牙龈本身形态，也方便实际工艺中的牙齿安放。可通过初始虚拟牙龈模型的网格的拓扑结果实现变形生成牙齿内部区域形态。可基于颈缘线确认初始虚拟牙龈模型上需要变形的点集，在初始虚拟牙龈模型对这些点集进行变形处理，得到牙龈乳突区形态。其中，两次变形处理的先后顺序在此不做具体限制。

在步骤13中，可对第一虚拟牙龈模型中的龈沿突起区进行第一变形，生成龈沿突起区形态，龈沿突起区形态与牙根突起区形态相互匹配，且龈沿过渡区突起程度小；可对第一虚拟牙龈模型中的龈沿牙根间隙区域进行第二变形，生成龈沿牙根间隙形态；也可对第一虚拟牙龈模型中的牙根区域进行第三变形，生成牙根区域形态。在步骤14中，可对第二虚拟牙龈模型进行扩充和/或切削变形处理，以使目标虚拟牙龈模型中的表面形态可满足实际工艺需求，也更加精准。如图2中的（b）部分所示，示出了带有牙齿的目标虚拟牙龈模型的示意图。通过图2中的（a）部分和图2中的（b）部分对比，可见，通过虚拟牙龈表面形态生成方法精准的生成牙龈所需的多种表面形态。

请参阅图3，本申请还提供了一种虚拟牙龈表面形态生成模块300，包括生成模块301、第一变形模块302、第二变形模块303及处理模块304，生成模块301用于获取初始虚拟牙龈模型及牙齿模型，并基于牙齿模型生成颈缘线；第一变形模块302基于初始虚拟牙龈模型、牙齿模型及颈缘线，对初始虚拟牙龈模型进行变形生成牙齿内部区域形态及牙龈乳变区形态，得到第一虚拟牙龈模型；第二变形模块303用于对第一虚拟牙龈模型进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第二虚拟牙龈模型；处理模块304用于对第二虚拟牙龈模型进行处理，得到目标虚拟牙龈模型。

本申请实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法及生成模块，通过对初始牙龈模型依次变形处理，实现精准生成牙龈所需的多种表面形态（即牙龈乳突区形态、龈沿突起区形态、龈沿牙根间隙形态、牙根区域形态及牙齿内部区域形态），并且各个表面形态均可以独立生成和编辑，在牙龈形态生成后，便于对其中的一种或多种表面形态进行再次变形处理，大幅减少了修改牙龈形态所需的时间。

其中，上述步骤12和步骤13中的变形处理可分别独立进行也可组合进行，即可以支持其中某一个形态的独立生成和编辑，也可以支持多个形态组合的生成和编辑，大幅减少了修改牙龈形态参数所需的时间。

请参阅图4，在一些实施例中，步骤11中基于牙齿模型生成颈缘线，包括如下步骤111至步骤115：

111、获取牙齿模型中各个牙齿子模型的中心点，并将所有牙齿子模型的中心点拟合成第一平面；

112、将第一平面按照预设方向移动预设距离，获取第一平面与每个牙齿子模型的交线；

113、将每个牙齿子模型的中心点投影至第一平面，得到每个牙齿子模型的中心投影点；

114、基于每个牙齿子模型的中心投影点，获取每个牙齿子模型的左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点；

115、将每个牙齿子模型的左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点拟合成曲线，基于曲线生成每个牙齿子模型的颈缘线。

在一些实施例中，生成模块301还可以用于实现步骤111至步骤115。

获取颈缘线可以方便牙龈乳突的变形，理论上每个相邻牙齿的乳突应该有同样的高度。牙齿模型包括多个牙齿子模型，每个牙齿子模型分别对应一个牙齿，可以选中所有牙齿子模型的中心点，将所有的中心点拟合成一个第一平面，然后将第一平面按照预设方向移动预设距离，移动后的第一平面将与每个牙齿子模型的外表面相交截出一圈交线，例如如图5所示，示出了牙齿交线示意图。将每个牙齿子模型的中心点投影至移动后的第一平面上，得到每个牙齿子模型在第一平面上的中心投影点，可通过每个牙齿子模型的中心投影点与左右相邻的两个牙齿子模型的中心投影点，获得每个牙齿子模型的左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点，如图6中的（a）部分所示，示出了其中一个牙齿子模型的左高点L1、右高点R1、左前点L2、左后点L 3、右前点R2、右后点R3。可将每个牙齿子模型的左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点及每个牙齿子模型的初始颈缘线中的至少部分点按顺序拟合成一条曲线，将曲线上的点重新通过近似最近邻搜索（ANN）、k最邻近分类（KNN）等算法查找到在对应的牙齿子模型上的点，进而得到每颗牙齿子模型的颈缘线，如图6中的（b）部分所示。其中，预设距离可以是乳突高度（Highforce）距离，以使获取到的左高点、右高点、左前点、左后点、右前点及右后点更加准确，进而获取到的颈缘线更准确。其中，如图6中的（a）部分所示，初始颈缘线中的至少部分点可包括初始颈缘线的前部分点和/或后部分点，可通过如下过程选取需拟合的这些点：获取将牙齿子模型上初始颈缘线上每个点在第一平面上的投影点，计算每个投影点与牙齿子模型的中心点的向量，计算每个向量与舌颊侧方向的夹角，选取夹角在预定角度内（例如45度角内）的点作为拟合的点。在其它实施例中，还可以采用其它方式获取初始颈缘线中需与左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点拟合的点，在此不做限制。

在一些实施例中，步骤112包括：获取牙弓方向及第一平面的法向；将法向的向量与牙弓方向的向量点乘，基于点乘结果确定法向的方向；若点乘结果大于0，则法向对应的方向确定为预设方向；若点乘结果小于0，则将法向调整为与牙弓方向同向，并将调整后的法向确定为预设方向。

在一些实施例中，生成模块301还可以用于：获取牙弓方向及第一平面的法向；将法向的向量与牙弓方向的向量点乘，基于点乘结果确定法向的方向；若点乘结果大于0，则法向对应的方向确定为预设方向；若点乘结果小于0，则将法向调整为与牙弓方向同向，并将调整后的法向确定为预设方向。

将牙弓方向作为正向，拟合平面的法向可能是正向，也可能是负向。可通过将平面的法向与牙弓方向进行点乘判断法向方向，若点乘结果大于0，则法向为正向，第一平面的法向与牙弓方向同向；若点乘结果小于0，则法向为负向，第一平面的法向与牙弓方向不同向，将第一平面的法向修改为与牙弓方向同向，并将调整后的法向确定为预设方向。同向并非方向重合，而是两个方向对应的向量点乘大于零。通过牙弓方向判断第一平面的法向为正或者为负。如果为正，则此时的法向为预设方向，如果为负，则纠正，预设方向为纠正后的法向。牙弓方向是前端（例如在虚拟牙龈表面形态生成之前的步骤中）输出的一个参数，是自底向上的一个方向。

在一些实施例中，步骤114包括：获取每个牙齿子模型的中心投影点与相邻牙齿子模型的中心点的连线，得到每个中心投影点的左连线和右连线；获取每个中心投影点的左连线和右连线与对应的牙齿子模型的交点，得到左高点和右高点；将左连线绕转轴沿顺时针和逆时针方向均旋转预设角度，得到左前点和左后点，将右连线绕转轴沿顺时针和逆时针方向均旋转预设角度，得到右前点和右后点。

在一些实施例中，生成模块301还可以用于：获取每个牙齿子模型的中心投影点与相邻牙齿子模型的中心点的连线，得到每个中心投影点的左连线和右连线；获取每个中心投影点的左连线和右连线与对应的牙齿子模型的交点，得到左高点和右高点；将左连线绕转轴沿顺时针和逆时针方向均旋转预设角度，得到左前点和左后点，将右连线绕转轴沿顺时针和逆时针方向均旋转预设角度，得到右前点和右后点。

可依次连接所有牙齿子模型在第一平面上的中心投影点，可获得多根连线。以其中一个牙齿子模型为例说明如何获取左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点。获取每个牙齿子模型的中心投影点与左相邻牙齿子模型的中心点的连线（左连线）和右相邻牙齿子模型的中心点的连线（右连线），分别计算左连线和右连线与该牙齿子模型的交点，得到左高点和右高点。依据过该牙齿子模型的中心点和预设方向构建转轴，将左连线绕转轴沿顺时针和逆时针方向均旋转预设角度，得到顺时针和逆时针旋转后的左连线分别与牙齿子模型的交点，即为左后点和左前点。同理，将右连线绕转轴沿顺时针和逆时针方向均旋转预设角度，得到顺时针和逆时针旋转后的右连线分别与牙齿子模型的交点，即为右前点和右后点。通过角度选择，保留原始颈缘前后的部分点。旋转预设角度是因为这样后续生成的颈缘线左右有一定宽度，形态更加美观自然。在一个例子中，预设角度可为15°，15°为经验值，在其他实施例中，也可以为其他角度（如10°、20°等），可根据牙齿子模型的大小合理选择，对于大的模型，侧面的宽度更宽。

请参阅图7，在一些实施例中，步骤12包括以下步骤121至123：

121、获取初始虚拟牙龈形态与牙齿模型中每个牙齿子模型的相交线，并基于相交线获取N领域点集和M领域点集，M＞N；

122、基于N领域点集和M领域点集，对初始虚拟牙龈模型向下拉伸变形，生成牙齿内部区域形态；

123、获取颈缘线在初始虚拟牙龈模型上的颈缘线点集，并基于颈缘线点集对初始虚拟牙龈模型进行变形，生成牙龈乳突区形态。

在一些实施例中，第一变形模块302还可用于实现步骤121至123。

每个牙齿子模型与初始虚拟牙龈模型会有一圈相交线，可获取每个牙齿子模型与初始虚拟牙龈模型的相交线，可通过邻域查找获得内向N领域点集和M领域点集，将N领域点集和M领域点集作为控制点向下拉升变形，确定应用变形算法，对控制点及其相邻像素进行调整，以实现向下拉升的效果。还可使用适当的插值算法来平滑地填充变形后产生的空白区域，并输出变形后的形态，以形成牙齿内部区域的凹陷形态。其中，拉升距离可根据N领域点集和M领域点集控制。向内N领域选取以目标像素为中心的N领域像素作为控制点，这些控制点将用于定义变形操作的基准位置。向内M领域选取以目标像素为中心的八领域像素作为控制点，这提供了更密集的基准位置，可以用于更精细的变形操作。在向下拉升变形的过程中，需要检测牙龈的厚度，以保证牙龈厚度满足最小牙龈厚度。因为最小牙龈厚度是产品要求，做好虚拟牙龈后要需要穿孔，则不能有些地方太薄，也不能让上下层发生穿透。如果拉升变形时不满足最小厚度，则只向下拉伸至满足最小厚度的距离。在一个例子中，M=8，N=4。如图8所示，图8中D1和D2分别表示N领域点集和M领域点集。

将颈缘线上的点集近似最近邻搜索等算法通过查询到初始虚拟牙龈模型上，找到初始虚拟牙龈模型应该需要变形的点集，并且与目标点集对应上，然后对这些点集进行变形处理，得到牙龈乳突区的形态。这个过程中应该保证已经选择过的变形点集不被重复选择，因为如果一个点有多个对应目标，很容易导致变形算法出问题，为此，当初始虚拟牙龈模型上的点被多个目标颈缘线上的点选中作为最近点时，可以选择第一个匹配的目标点作为对应点，并忽略后续的目标点，虽然这种方法可能会导致一些变形不准确，但它简单且易于实现；还可以来平均或融合多个目标点的变形需求，它可以会提供更平滑和更准确的变形结果。其中，牙龈乳突区变形和牙齿内部区域变形两者并不冲突，则步骤121及122和步骤123可并行处理，也可以先后执行，牙龈乳突区变形和牙齿内部区域均变形完成后可得到具有牙齿内部区域形态及牙龈乳变区形态的第一虚拟牙龈模型，如图9所示，示出了牙龈乳突变形效果图，通过图9可以看出乳突已经被拉起到了固定高度，并且牙齿之间的乳突间隙也具有足够的饱满度，整体效果达到预期。

如图10所示，在一些实施例中，步骤13包括以下步骤131至步骤134：

131、获取第一虚拟牙龈模型和牙齿模型的交线，基于交线向外扩张预定邻域，得到龈沿突起区；

132、根据牙齿模型中各牙齿子模型的中心点和牙齿咬合方向，对应构建各个第二平面；

133、获取龈沿上的点与每个牙齿子模型的中心点在对应的第二平面上的投影方向，并计算投影方向与主轴方向之间的夹角，主轴为牙齿子模型的中心点和牙根高点在第二平面上的投影点构成的连线；

134、基于夹角计算龈沿的突起程度，并基于突起程度对龈沿进行变形生成龈沿突起区形态。

在一些实施例中，第二变形模块303还可以用于实现步骤131至步骤134。

龈沿突起区是指牙齿颈缘线向外的部分区域，可通过牙齿模型与第一虚拟牙龈模型相交的交线向外扩张一定邻域获得，需要注意向外扩张的过程中，不同牙齿的邻域线需要融合，得到整体牙齿龈沿效果图如图11所示。

牙齿咬合方向指的是在牙齿咬合时，上下颌牙齿之间的相对运动方向，这个方向通常用于确定牙齿的排列和咬合关系。以其中一个牙齿子模型的龈沿变形为例说明，以该牙齿子模型的中心点为基准点，以牙齿咬合方向为法向，构建一个垂直于咬合方向的平面，即第二平面。选择牙齿咬合方向作为法向意味着该平面将垂直于牙齿咬合时的运动轨迹，这有助于确保拟合平面能够准确地反映牙齿的咬合关系和运动状态。获取龈沿上的点在第二平面上的第一投影点、及每个牙齿子模型的中心点在第二平面上的第二投影点，连接第一投影点和第二投影点得到投影方向向量。获取牙根高点在拟合平面上的第三投影点，连接第二投影点和第三投影点得到主轴向量，两者的连线即为主轴。可以将投影方向向量标准化为第一单位向量，可以将主轴向量标准化为第二单位向量，使用两个单位向量的点乘公式计算夹角余弦值，通过反余弦函数可以得到夹角。假设龈沿上的点与牙齿子模型的中心点在拟合平面上的投影方向向量和主轴向量点乘结果为x，则对应点的凸起强度为(x-0.1) /0.9，这个公式假设了当x等于0.1时，凸起强度为0；当x等于1时，凸起强度为1（因为(1 - 0.1) / 0.9 = 1）。该凸起强度与龈沿强度相乘表示了龈沿的变形强度，然后基于变形强度对龈沿进行变形。和中心点夹角越小的点突起程度会越大，这种设计目的是为了使得龈沿突起与牙根突起相互匹配，并且使得龈沿过渡区突起程度小。

如图12所示，在一些实施例中，步骤13还包括以下步骤135至139：

135、获取相邻牙齿的龈沿外围交点，并获取预设的牙根凹陷曲度和牙根凹陷深度；

136、基于预设牙根变形函数、龈沿外围交点、牙根凹陷曲度和牙根凹陷深度，对第一虚拟牙龈模型进行变形，得到龈沿牙根间隙形态；

137、基于龈沿牙根间隙形态分割第一虚拟牙龈模型，得到每个牙齿对应的子牙龈区域；

138、以牙龈突起区在每个子牙龈区域中的底点开始按照预设步长向下依次构建多个截面，基于多个截面获取每个子牙龈区域的多条控制线；

139、基于多条控制线对每个子牙龈区域中子牙根区域进行变形，得到每个牙齿对应的子牙根区域形态。

在一些实施例中，第二变形模块303还可以用于实现步骤135至139。

龈沿牙根间隙主要意义是为了凸显牙根形态，使得牙根与牙根间区分更加明显，牙根间隙和牙根区域放在同一个变形中，可以加强两个变形强度之间的联系。龈沿外围交点如图13所示，牙根部分通过相邻牙齿领域交点做切面选取，切面的法向为相邻牙齿子模型的中心点在第一平面上投影的连线方向，即邻牙方向作为法向与该龈沿外围交点生成了一个切面，如图13中的被圈住的点为龈沿外围交点，如图14示出了牙根凹陷切面相交图。

考虑到龈沿牙根间隙形态整体为拱形，整体牙根变形函数选取的是二次函数，中间凸出更多，这是函数设计与原有形态的结合，如图15所示，示出了牙根间隙形态控制图。在一个实施例中，控制函数：y=-8* (toothRootConcavityBulge)*(x) * (x-1)+toothRootConcavityDepth，其中toothRootConcavityBulge是牙根凹陷曲度，这个参数控制抛物线的开口大小，也就是凹陷的曲率，值越大，凹陷的曲率越大，形状越陡峭；值越小，凹陷的曲率越小，形状越平缓；toothRootConcavityDepth是牙根凹陷深度，这个参数控制抛物线的垂直偏移量，也就是凹陷的深度，值越大，凹陷越深；值越小，凹陷越浅；x表示龈沿坐标它代表牙根沿着某个方向（如长轴方向）相较龈沿外围交点的位置或距离，y表示凹陷深度，牙根凹陷曲度和牙根凹陷深度这两个参数均是用户输入参数，因为牙根凹陷决定牙根形态的整体效果，所以此处给出了更多的可调整参数，以便于用户根据实际的牙根凹陷形状来设定这两个参数的值。基于该控制函数可得到变形处理的目标形态，进而可对第一虚拟牙龈模型进行变形，得到龈沿牙根间隙形态。

此外根据牙根间隙可以找准牙齿方向，相对其他方式，如果牙齿摆放旋转角度不对，很可能会导致牙根形态不正确，此处通过牙根间隙来定位牙根中心，将左右牙根间隙区域标记，利用牙根高点加上第一平面的法向可以生成一个截面，截取左右相交点，即可计算中点。牙根高点是每个牙齿子模型和邻牙方向为法向生成平面截出来的非牙齿内部区域中牙齿龈缘区域的最高点，牙齿中心点如图16的黑色中心。

通过龈沿牙根间隙形态可分割第一虚拟牙龈模型，得到每个牙齿对应的子牙龈区域，以便于准确对每个牙齿对应的子牙龈区域进行变形。如图17所示，牙根区域主要采用多条横向控制线（多条可以是2、3、4、5、6或更多条，图17中为三条）来控制变形形态，多条横线是从龈沿突起区底点开始向下按照预设步长（例如2.2mm，以牙根形态的高度决定）做截面，整体横线是采用抛物线设计突起强度，设计公式如下：y = -a * force * 2.4 * (x-length ) * (x - (1-length)) – concavity 。其中，length是牙根控制线离左右牙根凹陷区域的比例，concavity是左右牙根间隙凹陷的深度，force是牙根变形强度，a是指牙根凸起强度。为了实现整体形态的美观，多条控制线的强度需要关联性调整，多条不同的控制线对应a的大小不同，length也不同，a随着牙根控制线向下移动也在变小，length随着牙根变深也在变大，这样使得牙根凸起越向下形态越小，形态越短。两端的位移和牙根间隙的位移保持一致，中间部分的位移取决于牙根变形强度，牙根变形强度越强，整体越向外面凸起。越向下的控制线length越大，这样可以使牙根形态呈现出倒三角趋势，因为整体侧面希望凸起平整，控制线越向下a越大，因为length在变大，只有对a进行相应调整，才能使控制线中间点连接顺畅，在实际应用中，a 可以是一个关于 x 的函数，以反映这种变化，length可通过一个关于 x 或牙根深度的函数来实现。最终变形效果如图17所示。

其中，上述步骤131至步骤134、与步骤135至步骤139可并行，也可前后依次执行，即步骤131至步骤134、与步骤135至步骤139可同时执行，也可先执行步骤131至步骤134再执行步骤135至步骤139，或先执行步骤135至步骤139再执行步骤131至步骤134。

如图18所示，在一些实施例中，步骤14包括以下步骤141和步骤142：

141、检查第二虚拟牙龈模型所有区域的厚度，对第二虚拟牙龈模型中厚度不满足厚度阈值的区域进行扩充，得到第三虚拟牙龈模型，第三虚拟牙龈模型所有区域的厚度均大于或等于厚度阈值；

142、切削第三虚拟牙龈模型的下表面，得到目标虚拟牙龈模型。

在一些实施例中，处理模块304还可以用于实现步骤141和步骤142。

对第三虚拟牙龈模型进行整体厚度检查时为了防止经过多次变形后，第二虚拟牙龈模型上下层有部分区域不满足最小厚度要求，则需要找出所有不满足最小厚度的区域，可采用拉普拉斯变形等方式按领域扩展需要固定边界，将所有的不满足最小厚度的区域修补都放在这一次变形之中，避免穿透及最小厚度不满足的情况，此外整体厚度检查还有一个优点，因为拉普拉斯变形能尽可能的保留原有形态，所有进行整体厚度检查并对不满足厚度要求的区域变形处理后得到的第三虚拟牙龈模型还能保有原来的变形效果。

因为第三虚拟牙龈模型有一部分底面在牙弓之下，为了下表面贴合牙弓，可采用碰撞检测的方法识别下表面底面与牙弓相交的区域，并且对相交的区域实施切削，并且重新标记下表面属性（包括但不限于更新网格的顶点坐标、法线、纹理坐标或其他相关属性）。得到目标虚拟牙龈模型，目标虚拟牙龈模型下表面贴合牙弓。如图19所示，图19中的（a）部分示出了第三虚拟牙龈模型下表面切削前效果图，图19中的（b）部分示出了第三虚拟牙龈模型下表面切削后效果图。

本申请实施方式提供的虚拟牙龈表面形态生成方法，在无表面形态的初始虚拟牙龈模型基础上通过变形来生成和编辑牙龈表面形态，将牙龈模型生成和牙龈形态编辑独立开来，在牙龈形态编辑时能利用网格拓扑关系，能更方便、精确地按用户指定的形态强度控制牙龈形态；同时可以支持其中某一个形态的独立生成和编辑，也可以支持多个形态组合的生成和编辑，大幅减少了修改牙龈形态参数所需的时间。例如，如图20所示，示出了单独调整乳突强度前后形态对比图。图20中的（a）部分示出了单独调整乳突强度前的虚拟牙龈形态效果图，图20中的（b）部分示出了单独调整乳突强度后的虚拟牙龈形态效果图，可见，本申请的虚拟牙龈表面形态生成方法可单独对其中某一个表面形态进行编辑和生成，操作起来更加便捷。

如图21所示，本申请实施方式还提供了一种电子设备200，电子设备200包括一个或多个处理器210、存储器220、和一个或多个计算机程序，其中一个或多个计算机程序被存储在存储器220中，并且被一个或多个处理器210执行，计算机程序包括用于执行本申请上述任一实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法的指令。例如，处理器210在执行程序时，处理器210可以实现步骤11、步骤12、步骤13及步骤14。

存储器220用于存放可在处理器210上运行的计算机程序，处理器210执行程序时实现上述任一实施方式中的虚拟牙龈表面形态生成方法。

存储器220可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。进一步地，电子设备200还可包括通信接口230，通信接口230用于实现存储器220和处理器210之间的通信。

如果存储器220、处理器210和通信接口230独立实现，则通信接口230、存储器220和处理器210可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图21中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

可选的，在具体实现上，如果存储器220、处理器210及通信接口230，集成在一块芯片上实现，则存储器220、处理器210及通信接口230可以通过内部接口完成相互间的通信。

处理器210可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

如图22所示，本申请实施方式还提供一种包含计算机程序2201的非易失性计算机可读存储介质2200，当计算机程序2201被一个或多个处理器220执行时，使得处理器220可执行上述任一实施方式的虚拟牙龈表面形态生成方法。计算机程序2201可包括虚拟牙龈表面形态生成程序。

例如，计算机程序2201被处理器执行的情况下，请结合图1，实现以下虚拟牙龈表面形态生成方法：

11、获取初始虚拟牙龈模型及牙齿模型，并基于牙齿模型生成颈缘线；

12、基于初始虚拟牙龈模型、牙齿模型及颈缘线，对初始虚拟牙龈模型进行变形生成牙齿内部区域形态及牙龈乳变区形态，得到第一虚拟牙龈模型；

13、对第一虚拟牙龈模型进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第二虚拟牙龈模型；

14、对第二虚拟牙龈模型进行处理，得到目标虚拟牙龈模型。

再例如，计算机程序2201被处理器执行的情况下，还能实现步骤11、12、13及14及中的子步骤，如步骤111至115、121至123等。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种虚拟牙龈表面形态生成方法，其特征在于，包括：

获取初始虚拟牙龈模型及牙齿模型，并基于所述牙齿模型生成颈缘线；

基于所述初始虚拟牙龈模型、所述牙齿模型及所述颈缘线，对所述初始虚拟牙龈模型进行变形生成牙齿内部区域形态及牙龈乳变区形态，得到第一虚拟牙龈模型；

对所述第一虚拟牙龈模型进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第二虚拟牙龈模型；

对所述第二虚拟牙龈模型进行处理，得到目标虚拟牙龈模型。

2.根据权利要求1所述的虚拟牙龈表面形态生成方法，其特征在于，所述基于所述牙齿模型生成颈缘线，包括：

获取所述牙齿模型中各个牙齿子模型的中心点，并将所有所述牙齿子模型的中心点拟合成第一平面；

将所述第一平面按照预设方向移动预设距离，获取所述第一平面与每个所述牙齿子模型的交线；

将每个所述牙齿子模型的中心点投影至所述第一平面，得到每个所述牙齿子模型的中心投影点；

基于每个所述牙齿子模型的中心投影点，获取每个所述牙齿子模型的左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点；

将每个所述牙齿子模型的左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点及每个所述牙齿子模型的初始颈缘线中的至少部分点拟合成曲线，基于所述曲线生成每个所述牙齿子模型的所述颈缘线。

3.根据权利要求2所述的虚拟牙龈表面形态生成方法，其特征在于，所述将所述第一平面按照预设方向移动预设距离，获取所述第一平面与每个所述牙齿子模型的交线，包括：

获取牙弓方向及所述第一平面的法向；

将所述法向的向量与所述牙弓方向的向量点乘，基于点乘结果确定所述法向的方向；

若点乘结果大于0，则所述法向对应的方向确定为所述预设方向；

若点乘结果小于0，则将所述法向调整为与所述牙弓方向同向，并将调整后的所述法向确定为所述预设方向。

4.根据权利要求2所述的虚拟牙龈表面形态生成方法，其特征在于，所述基于每个所述牙齿子模型的中心点在所述第一平面上的投影点，获取每个所述牙齿子模型的左高点、右高点、左前点、左后点、右前点、右后点，包括：

获取每个所述牙齿子模型的中心投影点与相邻所述牙齿子模型的中心点的连线，得到每个所述中心投影点的左连线和右连线；

获取每个所述中心投影点的左连线和右连线与对应的所述牙齿子模型的交点，得到所述左高点和所述右高点；

将所述左连线绕转轴沿顺时针和逆时针方向均旋转预设角度，得到所述左前点和所述左后点，将所述右连线绕所述转轴沿顺时针和逆时针方向均旋转预设角度，得到所述右前点和所述右后点，所述转轴过所述牙齿子模型的中心点且延伸方向为所述预设方向。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的虚拟牙龈表面形态生成方法，其特征在于，所述基于所述初始虚拟牙龈模型、所述牙齿模型及所述颈缘线，对所述初始虚拟牙龈模型进行变形生成牙齿内部区域形态及牙龈乳变区形态，得到第一虚拟牙龈模型，包括：

获取所述初始虚拟牙龈形态与所述牙齿模型中每个牙齿子模型的相交线，并基于所述相交线获取N领域点集和M领域点集，M＞N；

基于所述N领域点集和M领域点集，对所述初始虚拟牙龈模型向下拉伸变形，生成所述牙齿内部区域形态；

获取所述颈缘线在所述初始虚拟牙龈模型上的颈缘线点集，并基于所述颈缘线点集对所述初始虚拟牙龈模型进行变形，生成所述牙龈乳突区形态。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的虚拟牙龈表面形态生成方法，其特征在于，所述对所述第一虚拟牙龈模型进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第二虚拟牙龈模型，包括：

获取所述第一虚拟牙龈模型和所述牙齿模型的交线，基于所述交线向外扩张预定邻域，得到龈沿突起区；

根据所述牙齿模型中各牙齿子模型的中心点和牙齿咬合方向，对应构建各个第二平面；

获取龈沿上的点与每个所述牙齿子模型的中心点在对应的所述第二平面上的投影方向，并计算所述投影方向与主轴方向之间的夹角，所述主轴为所述牙齿子模型的中心点和牙根高点在所述第二平面上的投影点构成的连线；

基于所述夹角计算所述龈沿的突起程度，并基于所述突起程度对所述龈沿进行变形生成所述龈沿突起区形态。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的虚拟牙龈表面形态生成方法，其特征在于，所述对所述第一虚拟牙龈模型进行变形，生成龈沿突起区形态、牙根区域形态和龈沿牙根间隙形态，得到第二虚拟牙龈模型，包括：

获取相邻牙齿的龈沿外围交点，并获取预设的牙根凹陷曲度和牙根凹陷深度；

基于预设牙根变形函数、所述龈沿外围交点、所述牙根凹陷曲度和所述牙根凹陷深度，对所述第一虚拟牙龈模型进行变形，得到所述龈沿牙根间隙形态；

基于所述龈沿牙根间隙形态分割所述第一虚拟牙龈模型，得到每个牙齿对应的子牙龈区域；

以所述牙龈突起区在每个所述子牙龈区域中的底点开始按照预设步长向下依次构建多个截面，基于所述多个截面获取每个所述子牙龈区域的多条控制线；

基于所述多条控制线对每个所述子牙龈区域中子牙根区域进行变形，得到每个牙齿对应的子牙根区域形态。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的虚拟牙龈表面形态生成方法，其特征在于，所述对所述第二虚拟牙龈形态进行处理，得到目标虚拟牙龈形态，包括：

检查所述第二虚拟牙龈模型所有区域的厚度，对所述第二虚拟牙龈模型中厚度不满足厚度阈值的区域进行扩充，得到第三虚拟牙龈模型，所述第三虚拟牙龈模型所有区域的厚度均大于或等于所述厚度阈值；

切削所述第三虚拟牙龈模型的下表面，得到所述目标虚拟牙龈模型。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的虚拟牙龈表面形态生成方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的虚拟牙龈表面形态生成方法的步骤。