用于牙齿仿真的模型生成制造技术

一种用于牙齿仿真的生成3D模型的计算机实现方法，包括：读取描述3D物体表面的文件，所述3D物体具有体积；生成包含3D物体的体元网格，其中体元网格包括多个体元；识别位于3D物体体积内的多个体元的体元子集；生成三角化的表面，其中三角化的表面包含体元子集且定义了3D模型的外表面；给体元子集中的每一个体元赋密度值，其中体元子集定义了3D模型的立体体积。

Model Generation for Tooth Simulation

A computer implementation method for generating 3D models for tooth simulation includes reading files describing the surface of a 3D object with volume, generating a volume mesh containing a 3D object, in which the volume mesh includes multiple volume elements, identifying a subset of volume elements located within the volume of a 3D object, and generating triangulation. The triangulated surface contains a subset of voxels and defines the outer surface of the 3D model. The density of each voxel in the subset of voxels is assigned, and the volume of the 3D model is defined by the subset of voxels.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于牙齿仿真的模型生成
本专利技术涉及3D模型的生成，且更具体地涉及在牙齿仿真中使用的3D模型的生成。
技术介绍
模拟牙科技术的机器众所周知是用于训练目的，且包括，例如由申请人制造的Simodont机器。这些机器实施虚拟现实技术以允许学生练习各种牙科步骤。该仿真机器大体上包括显示屏，其输出3D图像供戴上3D眼镜的使用者观看。显示屏的下方为至少一个手持件，其通过包括一系列连接件和电机的机构固定至机器。当用户在一个牙齿、一组牙齿或下巴的虚拟3D模型上进行牙科手术(例如，钻牙)时，测量手持件的相对位置(当它被用户移动时)以及用户施加的力。党学生执行他们的钻孔时，该手持件模拟牙医的钻子并且给学生提供触觉反馈。在实习牙医被要求在真正的而不是虚拟的牙齿上实施相同的技术之前，牙齿仿真机器为实习牙医提供了仿真环境。病人的安全非常重要。3D模型越真实，学生从在牙齿仿真机器上训练到在真正的病人身上实施牙科的转换更顺利。典型地，3D模型是人为构造的。不同的模型设计用于不同的训练要求和情景——例如，特殊的模型可以是断裂牙齿的结构(其中要求学生在模拟的训练场景中修理)。其它模型根据牙科训练程序的需要可以展示其它特点或特点的组合。然而，企图建立人为模型来精确表示可能出现的每个不同的可能牙齿情景是不现实的(几乎不可能)。因此通用模型的使用可能限制学生在牙齿仿真机器上训练的有效性。以前已经做了尝试使用实际病人数据来生成仿真模型。在一个方法中，从结合CT(ComputedTomography，计算机断层扫描)扫描的层析片来生成体积模型。然而，CT扫描既不方便又昂贵。本专利技术的目的在于减少现有技术的至少一些缺点。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种用于牙齿仿真的生成3D模型的计算机实现方法，包括：读取描述3D物体表面的文件，所述3D物体具有体积；生成包含3D物体的体元网格，其中体元网格包括多个体元；识别位于3D物体体积内的多个体元的体元子集；生成3D表面，其中3D表面围绕体元子集且定义了3D模型的外表面；给体元子集中的每一个体元赋密度值，其中体元子集定义了3D模型的立体体积。使用有关真正牙齿的数据，本方法自动有效地提供在牙齿仿真程序中使用的具有密度数据的3D模型。根据本专利技术的第二方面，提供一种根据所附权利要求13的方法。所述方法便利地使用光学扫描仪的便捷性和灵活性，来精确有效地建立在牙齿仿真环境中使用的立体模型。根据本专利技术的第三方面，提供一种根据所附权利要求15的牙齿仿真机器。本专利技术的优选特征在所附的从属权利要求中定义。附图说明本专利技术将结合附图进行描述，其中：图1为牙齿仿真机器的透视图；图2为根据本专利技术一实施例的3D成像过程的主要步骤的流程图；图3为根据本专利技术一实施例的生成3D模型的方法的步骤的流程图；图4为用户在牙齿仿真机器的观看屏上观看的根据本专利技术一实施例创建的图像；图5a为一组牙齿的三角形网状表面图像；图5b为根据本专利技术一实施例所生成的图5a中所示的牙齿图像；图6a为图5a和5b的一组牙齿的三角形网状表面图像，其相对图5a和5b旋转了；图6b为根据本专利技术一实施例所生成的图6a中所示的牙齿图像；图7为根据本专利技术一实施例所生成的三个牙齿的图像。具体实施方式图1中大体上显示了牙齿仿真机器。机器100由牙医学的学生使用，以使用虚拟现实技术练习牙科学。学生坐在椅子(未显示)上面朝观看屏101。手工工具架102通常定义了一面积，学生在其中操作牙科学手持件，例如牙医的钻子。电源按钮105给机器提供开/关功能，高度调整开关106允许用户调整包括手工工具架102和观看屏101的机器100的位置高度。观看屏101显示虚拟的3D移动图像，图像的移动与学生的手持件(其通常位于手工工具架101的面积内)的移动相对应。学生戴上无源3D眼镜在观看屏101上观看图像。鼠标104允许机器的用户在三维中调整观看屏101上的图像的相对位置和朝向。脚踏板107协助控制模拟钻子(或者其它电动牙科工具)的操作。机器100还包括训练屏103(其可以为触摸感应屏)，其被学生使用来获取与他们训练相关的信息，例如训练程序、个人课程、评分和标记数据、导师评论，并回顾之前的训练材料。当执行仿真步骤时，在观看屏101上显示的图像也输出至训练屏103以允许旁观者观看学生对机器的使用.现在讲结合图2来描述本专利技术的概述。在步骤211处，使用口内扫描仪扫描一个或多个牙齿。口内扫描仪为手持的光学扫描仪，其通常被牙医和其它医学教授使用以获得治疗之前或者之后的牙齿和牙龈的图像。口内扫描仪生成的图像允许详细观察口腔区域，可能是在场外或稍后。口内扫描获取的图像便于牙医用于视觉分析以帮助辅助诊断或预后。通常，口内扫描采用3D激光扫描技术，本领域技术人员可以获知它的进一步细节。在步骤212处，口内扫描仪的原始数据被转换成STL格式，其中被扫描的一个或多个牙齿的表面几何图形被(ASCII，或者二进制)表示成包括多个三角形的网格。本领域技术人员可以获知STL文件格式的进一步细节。将理解为，当牙齿扫描的STL文件描述三维物体的表面几何图形时，它不提供关于物体内部的信息。然而，在特定的牙科仿真中，可以要求学生钻进牙齿或者围绕牙齿并因此减小牙齿的体积。以下结合图3描述的算法提供一种在牙科仿真中使用的3D模型，其除了描述牙齿的表面轮廓还描述牙齿本身。这在图2的方法的步骤213处完成。在步骤214处，通过用户申请，提供牙齿或多个牙齿的3D模型给牙齿仿真机器并可由学生获取作为针对病人的训练项目/课程的部分，其类似于其它的训练项目，可以具有截止日期和有效日期，所述截止日期规定了完成该项目/课程的时间表，有效日期规定了有关针对病人的模型不能再被学生获取到的数据。特定的模型可以分配给能够“登录”用户申请的一个或多个特定的学生，以便于在学生正在使用的牙齿仿真机器上加载模型。3D模型的生成优选地发生在安全的“导师环境”。接着创建3D模型，但其在允许在牙齿仿真机器上获取3D模型之前，导师或者指导者(例如)可以从病人扫描的库中检索3D模型并检查该模型以评估其在具体课程中或者对于特定学生的适用性。通过案件管理器程序，导师或者指导者因此可以确定是否或何时允许从服务器、机器或其他存储设备处获取3D模型。一旦3D模型已经被“公开了”并且可被上课的学生通过牙齿仿真机器100上的训练屏103获取,3D模型就可作为仿真程序的部分(步骤214)。执行仿真程序允许用于在观看屏101上观看3D的模型，并且调制模型的放大倍数和朝向。学生用身体移动一个或多个手持件108，就像操作牙科工具，例如钻子。图4为例行训练期间学生可能会典型观看到的图像。3D模型442包括四个牙齿，其中一个是由钻子440的毛刺441来操作。如上所述，根据学生的三维模型的模拟钻孔，牙齿仿真机器100给操作钻子的学生提供触觉反馈(步骤215)。当学生钻进牙齿时，程序通过减小牙齿的体积来模拟立体材料的移除。因为牙齿有密度(因此必须给钻子施加压力来移除材料)，虚拟的密度被赋予牙齿内部，以使得机器100的触觉控制单元可以通过连接至手持件108的电机给学生施加适当的阻力。将结合图3进一步详细描述生成3D模型的方法。被扫描牙齿的STL文件(通常由口内扫描仪提供)被导入存储器且被程序读取，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于牙齿仿真的生成3D模型的计算机实现方法，包括：读取描述3D物体表面的文件，所述3D物体具有体积；生成包含3D物体的体元网格，其中所述体元网格包括多个体元；识别位于所述3D物体的体积内的多个体元的体元子集；生成三角化的表面，其中所述三角化的表面围绕所述体元子集且定义了所述3D模型的外表面；给所述体元子集中的每一个体元赋密度值，其中所述体元子集定义了所述3D模型的立体体积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.10 GB 1604155.01.一种用于牙齿仿真的生成3D模型的计算机实现方法，包括：读取描述3D物体表面的文件，所述3D物体具有体积；生成包含3D物体的体元网格，其中所述体元网格包括多个体元；识别位于所述3D物体的体积内的多个体元的体元子集；生成三角化的表面，其中所述三角化的表面围绕所述体元子集且定义了所述3D模型的外表面；给所述体元子集中的每一个体元赋密度值，其中所述体元子集定义了所述3D模型的立体体积。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述文件为STL文件。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述文件描述了一个或更多真正牙齿的表面几何图形。4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述3D模型输出至牙齿仿真机器上的显示器。5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在仿真程序中加载所述3D模型。6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述体元网格中的每个立方体的体积为0.2mm3。7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述体元子集中的不同体元具有不同的密度值。8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，生成体元网格的步骤包括：在所述3D物体周围生成轴对齐的最小边界框。9.根据权利要求2至8中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼尔斯·范登布拉贝尔，马克·德格雷夫，
申请(专利权)人：穆格公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL