一种基于VR的导板3D打印模型建立方法技术

本发明专利技术实施例涉及一种基于VR的导板3D打印模型建立方法，其包括：在虚拟现实VR场景中，基于对被切割模型的平面切割得到切割位置和切割目标模型；根据所述切割目标模型的网格信息进行表面网格提取，在所述切割目标模型的表面生成具有预设厚度的薄膜；利用矩形板在所述切割位置对所述薄膜的表面进行切割，得到导板卡槽位置以及形成导板表面；根据所述导板卡槽位置和所述导板平面构建所述VR场景下的导板3D打印模型。本发明专利技术实施例提供的方法通过在VR场景中对被切割模型的切割位置、导板等进行建模，从而可以在虚拟现实中无限制地对真实的手术对象重复进行多次切割操作，在切割位置生成3D导板打印模型，可以减少操作难度和制作时长。

A 3D printing model building method of guide plate based on VR

【技术实现步骤摘要】
一种基于VR的导板3D打印模型建立方法
本专利技术涉及3D
，尤其涉及一种基于VR的导板3D打印模型建立方法。
技术介绍
3D打印技术相对于传统的削材及铸造技术，不仅能根据个性化需求定制，例如，在医疗领域方面可以实现材料与病变部位的完全匹配，进行骨缺损部位的原位打印，还能打印一些通过传统的方法难以制造的自由复杂结构。目前，3D打印已经成功规模化应用于骨科和口腔科领域，一批基于3D打印的患者定制化截骨导板、骨科植入物、种植牙等已经获得欧盟认证(Europeanconformity，简称CE)与美国食品和药物管理局(FoodandDrugAdministration，简称FDA)批准用于临床。手术导板全称为“手术导航实物模板”，是第一批3D打印技术在医疗中的主要应用成果之一，主要作用是帮助骨折精准复位、辅助螺钉等植入物或器械达到预定的位置、辅助手术刀精准切割，在提高手术操作便利性的同时，使手术操作的准确性明显提高。采用3D打印导板辅助手术准确率高、术中风险降低、手术安全性高、临床疗效满意，是一种有效可行和值得推广的技术。但是需要将病变部位打印出实物才能进行观测，不仅浪费打印材料和打印时间，而且打印出来的模型进行一次切割演练后便无法复原，需要再次打印。可见，现有技术存在3D打印在手术规划和术前演练期打印材料损耗大、打印时间长等问题。上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种基于VR的导板3D打印模型建立方法，解决现有技术中3D打印在手术规划和术前演练期打印材料损耗大、打印时间长等问题。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术一实施例提供一种基于VR的导板3D打印模型建立方法，其包括：在虚拟现实VR场景中，基于对被切割模型的平面切割得到切割位置和切割目标模型；根据所述切割目标模型的网格信息进行表面网格提取，在所述切割目标模型的表面生成具有预设厚度的薄膜；利用矩形板在所述切割位置对所述薄膜的表面进行切割，得到导板卡槽位置以及形成导板表面；根据所述导板卡槽位置和所述导板平面构建所述VR场景下的导板3D打印模型。本专利技术的一个实施例中，所述基于对被切割模型的平面切割得到切割位置和切割目标模型包括：根据切割工具的位置确定针对所述被切割模型的切割位置和切割平面；根据所述被切割模型的网格顶点与所述切割平面的相对位置对所述被切割模型进行分割，产生模型切口，其中所述被切割模型由多个三角面组成，且所述三角面由三个所述网格顶点组成；对所述模型切口通过添加三角网格进行填充，形成所述切割目标模型。本专利技术的一个实施例中，所述根据所述被切割模型的网格顶点与所述切割平面的相对位置对所述被切割模型进行分割包括：根据所述网格顶点建立网格顶点数组、标签数组、用于存放所述网格顶点的第一顶点集合和第二顶点集合，并建立代表旧顶点数组索引与新顶点集合索引映射关系的整数数组；将所述被切割模型的网格顶点以及在所述切割平面上选取的一点从空间坐标转换到局部坐标，得到网格顶点的局部坐标和切面上一点的局部坐标；将所述切割平面的法向量从空间坐标转换到局部坐标，得到局部坐标法向量；根据所述网格顶点的局部坐标与所述切面上一点的局部坐标形成的向量与所述局部坐标法向量的点积进行判断，如果所述点积大于或等于0，则将所述网格顶点添加到所述第一顶点集合中，并在所述标签数组中设置对应的标签值为1；如果所述点积小于0，则将所述网格顶点添加到所述第二顶点集合中，并在所述标签数组中设置对应的标签值为0。本专利技术的一个实施例中，所述根据所述被切割模型的网格顶点与所述切割平面的相对位置对所述被切割模型进行分割还包括：针对所述三角面建立用于存放所述三角面的第一三角面集合与第二三角面集合；当所述三角面的三个网格顶点均位于所述切割平面的一侧时，将所述三角面的所述三个网格顶点划分到所述第一三角面集合或所述第二三角面集合中；当所述三角面的三个网格顶点分别位于所述切割平面的两侧时，按照所述三角面的顶点索引对应的标签值对所述三角面进行切割，将切割后的三角面分别添加到所述第一三角面集合和所述第二三角面集合中。本专利技术的一个实施例中，所述按照所述三角面的顶点索引对应的标签值对所述三角面进行切割包括：根据所述切割平面与所述三角面相交形成两个切割点，得到两个切割点的坐标位置，所述两个切割点连接形成所述模型切口的边界；根据所述两个切割点的坐标位置和所述三角面的原三个网格顶点形成三个新的三角面，将三个所述新的三角面添加到所述第一三角面集合和所述第二三角面集合中，并将所述两个切割点分别添加到所述第一顶点集合和所述第二顶点集合中。本专利技术的一个实施例中，所述根据所述切割目标模型的网格信息进行表面网格提取，在所述切割目标模型的表面生成具有预设厚度的薄膜，包括：基于球形区域网格提取方法对所述切割目标模型的网格信息进行提取，得到薄膜的下表面；对所述薄膜的下表面按照所述薄膜的下表面的法向量的方向进行所述预设厚度的位移，并对位移后的网格顶点查找重复点；计算所述重复点位移后的坐标，基于所述坐标对位移后的重复点进行修正，到薄膜的上表面；对所述薄膜的上表面和所述薄膜的下表面的边缘上的切割点逐对连接成三角面，得到所述薄膜。本专利技术的一个实施例中，所述基于球形区域网格提取方法对所述切割目标模型的网格信息进行提取，包括：将所述切割目标模型的网格顶点和所述切割平面上选取的点由局部坐标转换为世界坐标，并在所述世界坐标下计算所述切割模型上的网格顶点与所述切割平面上选取的点之间的距离；根据所述切割目标模型的网格顶点与所述切割平面之间的距离与预设的球形区域的半径进行比较，得到所述球形区域内的网格顶点；根据所述切割目标模型的三角面的三个顶点索引，如果所述三个顶点索引均在所述球形区域内，则所述三角面位于所述球形区域内；如果所述三个顶点索引不是全部在所述球形区域内，则根据所述切割平面对所述三角面进行切割，得到两个切割点，将位于所述三个顶点索引与所述两个切割点因切割产生以及切割后划分产生的新三角面，划分为所述球形区域内；根据所述球形区域内的网格顶点和三角面进行提取，得到所述球形区域内的表面网格。本专利技术的一个实施例中，所述利用矩形板在所述切割位置对所述薄膜的表面进行切割，得到导板卡槽位置以及形成导板表面，包括：利用所述矩形板坐标构建4个平面，基于所述4个平面分别对所述薄膜的上表面和所述薄膜的下表面进行切割，切割的位置即为所述导板卡槽位置；根据所述矩形板的顶点坐标生成导板的网格顶点，并根据所述导板的网格顶点与所述薄膜上的切割点相连构成三角面网格，形成所述导板表面。本专利技术的一个实施例中，所述利用所述矩形板坐标构建4个平面包括：利用所述矩形板的左右两面作为切割所述薄膜的下表面两端的平面，得到所述4个平面中的2个平面；将所述矩形板平移所述预设厚度距离后，作为切割所述薄膜的上表面两端的平面，得到所述4个平面中的剩余2个平面。本专利技术的一个实施例中，所述根据所述导板的网格顶点与所述薄膜上的切割点相连构成三角面网格，形成所述导板表面，包括：根据所述矩形板的上下两个顶点坐标得到切割方向；结合所述切割方向按照所述4个平面对所述薄膜进行4次切割，得到上半圈切割点和下半圈切割点；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于VR的导板3D打印模型建立方法，其特征在于，其包括：在虚拟现实VR场景中，基于对被切割模型的平面切割得到切割位置和切割目标模型；根据所述切割目标模型的网格信息进行表面网格提取，在所述切割目标模型的表面生成具有预设厚度的薄膜；利用矩形板在所述切割位置对所述薄膜的表面进行切割，得到导板卡槽位置以及形成导板表面；根据所述导板卡槽位置和所述导板平面构建所述VR场景下的导板3D打印模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于VR的导板3D打印模型建立方法，其特征在于，其包括：在虚拟现实VR场景中，基于对被切割模型的平面切割得到切割位置和切割目标模型；根据所述切割目标模型的网格信息进行表面网格提取，在所述切割目标模型的表面生成具有预设厚度的薄膜；利用矩形板在所述切割位置对所述薄膜的表面进行切割，得到导板卡槽位置以及形成导板表面；根据所述导板卡槽位置和所述导板平面构建所述VR场景下的导板3D打印模型。2.如权利要求1所述的基于VR的导板3D打印模型建立方法，其特征在于，所述基于对被切割模型的平面切割得到切割位置和切割目标模型包括：根据切割工具的位置确定针对所述被切割模型的切割位置和切割平面；根据所述被切割模型的网格顶点与所述切割平面的相对位置对所述被切割模型进行分割，产生模型切口，其中所述被切割模型由多个三角面组成，且所述三角面由三个所述网格顶点组成；对所述模型切口通过添加三角网格进行填充，形成所述切割目标模型。3.如权利要求2所述的基于VR的导板3D打印模型建立方法，其特征在于，所述根据所述被切割模型的网格顶点与所述切割平面的相对位置对所述被切割模型进行分割包括：根据所述网格顶点建立网格顶点数组、标签数组、用于存放所述网格顶点的第一顶点集合和第二顶点集合，并建立代表旧顶点数组索引与新顶点集合索引映射关系的整数数组；将所述被切割模型的网格顶点以及在所述切割平面上选取的一点从空间坐标转换到局部坐标，得到网格顶点的局部坐标和切面上一点的局部坐标；将所述切割平面的法向量从空间坐标转换到局部坐标，得到局部坐标法向量；根据所述网格顶点的局部坐标与所述切面上一点的局部坐标形成的向量与所述局部坐标法向量的点积进行判断，如果所述点积大于或等于0，则将所述网格顶点添加到所述第一顶点集合中，并在所述标签数组中设置对应的标签值为1；如果所述点积小于0，则将所述网格顶点添加到所述第二顶点集合中，并在所述标签数组中设置对应的标签值为0。4.如权利要求3所述的基于VR的导板3D打印模型建立方法，其特征在于，所述根据所述被切割模型的网格顶点与所述切割平面的相对位置对所述被切割模型进行分割还包括：针对所述三角面建立用于存放所述三角面的第一三角面集合与第二三角面集合；当所述三角面的三个网格顶点均位于所述切割平面的一侧时，将所述三角面的所述三个网格顶点划分到所述第一三角面集合或所述第二三角面集合中；当所述三角面的三个网格顶点分别位于所述切割平面的两侧时，按照所述三角面的顶点索引对应的标签值对所述三角面进行切割，将切割后的三角面分别添加到所述第一三角面集合和所述第二三角面集合中。5.如权利要求4所述的基于VR的导板3D打印模型建立方法，其特征在于，所述按照所述三角面的顶点索引对应的标签值对所述三角面进行切割包括：根据所述切割平面与所述三角面相交形成两个切割点，得到两个切割点的坐标位置，所述两个切割点连接形成所述模型切口的边界；根据所述两个切割点的坐标位置和所述三角面的原三个网格顶点形成三个新的三角面，将三个所述新的三角面添加到所述第一三角面集合和所述第二三角面集合中，并将所述两个切割点分别添加到所述第一顶点集合和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃文军，林国丛，董智伟，张力，王同亮，杨金柱，栗伟，曹鹏，冯朝路，赵大哲，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21