一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法制造技术

本发明专利技术公开了一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法。本发明专利技术采用基于控制点的模型实时构建算法，根据矫治方案阶段中的牙齿运动信息对虚拟牙龈控制点进行实时更新，从而以控制点驱动牙龈的实时更新了；并对构造牙龈的控制点信息和调整信息进行了记录，在形变过程中，利用控制点来传达形变信息，利用调整文件来保证不变的信息，最终形成了整个牙龈的整体形变。本发明专利技术计算结果更符合牙齿牵引作用的牙龈数据，提高了矫治器在使用过程的舒适程度，减少了矫治器对牙龈组织的挤压，并能直观展示。

A virtual gum triangular mesh construction and deformation algorithm

The invention discloses a virtual gum triangular mesh construction and deformation algorithm. The invention adopts a real-time algorithm model is designed based on control points, according to the virtual control points in real-time updates gingival treatment in the stage of tooth movement information, real-time updates to drive the gums to control points; and control point information and adjust the information to construct the gingiva were recorded during the deformation process, the use of control points to convey information to ensure constant deformation, by adjusting the information file, eventually forming the whole deformation of the gum. The calculation result of the invention more conforms to the gingival data of tooth traction, improves the comfort degree of the appliance in the use process, reduces the squeezing of the appliance on the gingival tissue and can be visually displayed.

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法
本专利技术涉及了一种计算机三角网格模型处理方法，尤其是涉及了一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法，用于牙齿模型建立时创建虚拟牙龈和进行牙龈随动。技术背景近年来，数字口腔技术发展迅速，牙齿隐形正畸也逐渐普及。而数字治疗辅助系统要完成的工作就是建立牙齿模型，为矫治方案的设计提供数据支持。要建立精准的牙齿模型，首先需要通过光学方法扫描石膏模型获得牙颌三维数据，再利用数字几何处理技术分离牙齿牙龈数据，并对牙齿缺失部分进行修复，建立可移动的牙齿模型，供医生确定矫治方案。在牙齿模型的建立中，原本的牙龈模型因为取模、翻模过程中的修整，会有较大的变形，所以需要重新建立虚拟牙龈模型。而在牙齿的移动过程中，也需要牙龈能够随之而移动，以直观地展示移动过程，并使制作出来的牙套更加舒适。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术公开了一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法。本专利技术采用的技术方案是包括以下步骤：1)先构建虚拟牙龈三角网格：1.1)导入各颗牙齿模型，并建立牙齿模型的局部坐标系；1.2)获取每颗牙齿模型对应的控制点，利用所有控制点获得牙龈边界线；1.3)根据牙龈边界线生成虚拟牙龈三角网格；2)对虚拟牙龈三角网格形变：在移动牙齿模型上的点或是调整牙齿模型的参数后，采用上述步骤实时更新生成新的虚拟牙龈三角网格。所述的牙齿模型为切割完毕且其边缘已平滑修复的三角网格模型。所述步骤1.1)牙齿模型的局部坐标系是指以牙齿模型的几何中心为坐标原点所建立的XYZ三维坐标系，X轴方向平行于牙颌面并由舌侧指向唇侧，即X轴方向沿牙弓线法向并与牙齿模型的表面垂直，Z轴方向垂直于牙颌面并从牙根指向牙冠，即与牙齿的生长方向一致，Y轴方向分别与X轴方向、Z轴方向相垂直，Y轴方向平行于牙颌面并沿牙弓线的切向。牙颌面指的是上颌或者下颌牙齿所在的水平面。每颗牙齿的牙齿模型具有自身的局部坐标系，不同颗牙齿的牙齿模型具有不同的局部坐标系。所述步骤1.2)中的控制点是指位于每颗牙齿模型的边缘上有序排列的点，针对每颗牙齿模型，控制点采用以下方式获得：Step1：找到牙齿模型的边界点并对边界点进行排序；将牙齿模型的各个边界点投影到局部坐标系的XY水平面，局部坐标系的XY水平面与牙颌面平行，在投影得到的点中找到在X轴正方向区域里与X轴最近的点作为排序的起始点，然后从该点开始沿着XY平面顺时针的方向对边界点进行依次排序，获得有序的边界点集；Step2：抠除牙缝点，根据牙缝点将牙齿模型上剩余的边界点分为内边界点和外边界点，牙缝点是相邻两颗牙齿模型之间牙缝两侧附近的边界点；Step3：利用局部坐标系在抠除牙缝点后的边界点中获取控制点，从每颗牙齿模型的内边界点和外边界点中分别均匀地选择五个边界点作为控制点，得到内控制点和外控制点。内控制点位于舌侧，外控制点位于唇颊侧。所述步骤Step2中的牙缝点采用以下方式获得：一颗牙齿模型上的任意边界点为v1，相邻的另一颗牙齿模型上的任意边界点为v2，对于两颗相邻牙齿模型上的所有边界点，只要任意两边界点之间的欧式距离满足||v1-v2||<＝Dmin+0.5则均视为牙缝点，Dmin为两颗相邻牙齿模型之间的最短距离。所述步骤1.2)中的牙龈边界线包括两条上部边界线和两条底部边界线，按照顺序依次连接控制点得到牙龈与牙齿相邻的分别位于内、外的两条上部边界线，依次连接各颗牙齿模型的内控制点获得上部内边界线，依次连接各颗牙齿模型的外控制点获得上部外边界线，将所有控制点投影到牙龈底部平面后进行曲线拟合得到分别位于内、外的两条底部边界线，牙龈底部平面位于牙颌面下方并与全局坐标系XY水平面平行。所述底部边界线采用以下方式获得：Step1：对于内外控制点，采用以下方式从控制点在牙龈底部平面上的投影点中选择确定拟合控制点，获得内拟合控制点和外拟合控制点：先在除了最边缘两颗磨牙的牙齿模型以外的其他牙齿模型平均取五颗牙齿模型，加上最边缘两颗磨牙的牙齿模型，共有七颗牙齿模型；接着在每颗牙齿模型中先选取中间的一个控制点，并投影到牙龈底部平面上获得的投影点作为拟合控制点v2～v6；然后在最边缘两颗磨牙的牙齿模型中选取中间的两个控制点，并投影到牙龈底部全局坐标系的XY平面上获得的投影点作为拟合控制点v1和v7，即总共有七个拟合控制点v1、v2、v3、v4、v5、v6和v7；最后在最边缘两颗磨牙之外再多取两个拟合控制点v0、v8，这两个拟合控制点v0、v8与之前七个拟合控制点v1、v2、v3、v4、v5、v6和v7之间的距离位置满足以下关系：v0＝v1+(v1-v2)v8＝v7+(v7-v6)式中，v0、v8、v1、v2、v3、v4、v5、v6和v7均表示拟合控制点的坐标。Step2：利用内、外拟合控制点拟合生成三次B-样条曲线，获得内、外三次B-样条曲线；Step3：调整拟合控制点的位置进而调整三次B-样条曲线的形态，使得内、外三次B-样条曲线之间每一处的间距相等，即法向间距均匀；Step4：将所有控制点在牙龈底部平面上的投影点在沿曲线的法向投影到三次B-样条曲线上获得各个投影曲线点，连接投影曲线点得到位于内、外的底部边界线。即如将所有内控制点在牙龈底部平面上的投影点在沿曲线的法向投影到内三次B-样条曲线上获得各个投影曲线点，连接投影曲线点得到底部内边界线。曲线的法向是指垂直于三次B-样条曲线方向。所述步骤1.3)虚拟牙龈三角网格具体分为牙龈顶部、牙龈底部、牙龈内外侧面的三部分，三部分分别采用以下方式构建，然后合并形成虚拟牙龈：牙龈顶部：使用直线将颊侧的每个外控制点与其对应的舌侧的内控制点依次连接起来，再在直线的中间细分插值多个点，该多个点作为牙龈顶部曲面的构造顶点，将构造顶点按照拓扑关系进行连接得到牙龈顶部的三角网格平面；牙龈底部：以三角网格方式在分别位于内、外的底部边界线上的投影曲线点之间进行拓扑连接，得到牙龈底部的三角网格平面；牙龈侧部：通过预设侧面曲线将上部边界线上的每一控制点与其在底部边界线上对应的投影曲线点进行连接，再在预设侧面曲线上进行细分插值多个点，作为牙龈侧部曲面的构造顶点，将构造顶点按照拓扑关系进行连接得到牙龈侧部的三角网格平面。即如通过预设内侧面曲线将上部内边界线上的每一内控制点与其在底部内边界线上对应的内投影曲线点进行连接，进而获得牙龈内侧部的三角网格平面。本专利技术在得到四条牙龈边界线之后，需要将边界上的点对应连接起来，生成牙龈侧部点。该步骤的关键是侧面曲线的构造，然后用构造出来的曲线将牙齿边界线上的控制点和它在底部边界线上对应的投影点连接起来，因此本专利技术使用离散化方式通过几个固定的偏移量来确定侧面曲线。确定了侧面曲线之后，对该曲线进行细分，即在曲线上按一定的疏密取n个点，作为侧面的构造顶点。本专利技术算法能让用户移动控制点或改变调整模型文件时实时生成新的虚拟牙龈。本专利技术采用基于控制点的模型实时构建算法，根据矫治方案阶段中的牙齿运动信息对虚拟牙龈控制点进行实时更新，从而以控制点驱动牙龈的实时更新。在本算法中，对构造牙龈的控制点信息和调整信息进行了记录，在形变过程中，利用控制点来传达形变信息，利用调整文件来保证不变的信息，在这样的限制下最终形成了整个牙龈的整体形变。本专利技术的有益效果是：本专利技术算法通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法，其特征在于包括以下步骤：1)先构建虚拟牙龈三角网格：1.1)导入各颗牙齿模型，并建立牙齿模型的局部坐标系；1.2)获取每颗牙齿模型对应的控制点，利用所有控制点获得牙龈边界线；1.3)根据牙龈边界线生成虚拟牙龈三角网格；2)对虚拟牙龈三角网格形变：在移动牙齿模型上的点或是调整牙齿模型的参数后，采用上述步骤实时更新生成新的虚拟牙龈三角网格。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法，其特征在于包括以下步骤：1)先构建虚拟牙龈三角网格：1.1)导入各颗牙齿模型，并建立牙齿模型的局部坐标系；1.2)获取每颗牙齿模型对应的控制点，利用所有控制点获得牙龈边界线；1.3)根据牙龈边界线生成虚拟牙龈三角网格；2)对虚拟牙龈三角网格形变：在移动牙齿模型上的点或是调整牙齿模型的参数后，采用上述步骤实时更新生成新的虚拟牙龈三角网格。2.根据权利要求1所述的一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法，其特征在于：所述的牙齿模型为切割完毕且其边缘已平滑修复的三角网格模型。3.根据权利要求1所述的一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法，其特征在于：所述步骤1.1)牙齿模型的局部坐标系是指以牙齿模型的几何中心为坐标原点所建立的XYZ三维坐标系，X轴方向平行于牙颌面并由舌侧指向唇颊侧，Z轴方向垂直于牙颌面并从牙根指向牙冠，Y轴方向分别与X轴方向、Z轴方向相垂直，Y轴方向平行于牙颌面并沿牙弓线的切向。4.根据权利要求1所述的一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法，其特征在于：所述步骤1.2)中的控制点是指位于每颗牙齿模型的边缘上有序排列的点，针对每颗牙齿模型，控制点采用以下方式获得：Step1：找到牙齿模型的边界点并对边界点进行排序；Step2：抠除牙缝点，根据牙缝点将牙齿模型上剩余的边界点分为内边界点和外边界点，牙缝点是相邻两颗牙齿模型之间牙缝两侧附近的边界点；Step3：从每颗牙齿模型的内边界点和外边界点中分别均匀地选择五个边界点作为控制点，得到内控制点和外控制点。5.根据权利要求4所述的一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法，其特征在于：所述步骤Step2中的牙缝点采用以下方式获得：一颗牙齿模型上的任意边界点为v1，相邻的另一颗牙齿模型上的任意边界点为v2，对于两颗相邻牙齿模型上的所有边界点，只要任意两边界点之间的欧式距离满足||v1-v2||<＝Dmin+0.5则均视为牙缝点，Dmin为两颗相邻牙齿模型之间的最短距离。6.根据权利要求1所述的一种虚拟牙龈三角网格构建和形变算法，其特征在于：所述步骤1.2)中的牙龈边界线包括两条上部边界线和两条底部边界线，按照顺序依次连接控制点得到牙龈与牙齿相邻的分别位于内、外的两条上部边界线，将所有控制点投影到牙龈底部平面后进行曲线拟合得到分...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤德衍，宋雷，王春蝶，宣梦洁，
申请(专利权)人：杭州美齐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33