一种可以控制形状的虚拟牙根生成方法技术

本发明专利技术涉及一种可以控制形状的虚拟牙根生成方法。该方法的主要实现步骤是：1、建立三维坐标系M

A virtual root generation method with shape control

【技术实现步骤摘要】
一种可以控制形状的虚拟牙根生成方法
本专利技术涉及一种可以控制形状的虚拟牙根生成方法。
技术介绍
随着生活水平的不断提高，人们对自身的容貌要求越来越高。正畸不仅仅能够有效提升患者的颜值，而且能够给患者带来与他人相处时的自信。固定托槽需要在治疗期内给牙齿粘接托槽，影响美观；并且口腔感染的风险增加，给患者带来压力。隐形矫治器具有隐形效果，并且口腔感染几率小的优势，得到巨大的发展。在患者佩戴隐形矫治器前，医生和技师需要用正畸软件来为患者制定矫治方案，获得最终矫治的效果。正畸软件需要导入患者的牙齿模型，通过牙齿分割、虚拟牙根、排牙、牙龈变形等步骤，确定最终的矫治方案和效果。通过三维激光扫描仪获得的牙齿模型，无法得到真实的牙根数据，为了数据的完整性，需要虚拟一个牙根。由于牙齿有切牙、尖牙和磨牙，并且不同牙齿的牙根的形状都不相同，需要给牙齿添加不同的牙根来提高适应性。中国专利，申请号201511020076.1，专利名称为《基于模型的用于隐形正畸的虚拟牙齿的生成方法》基本实现原理是：基于分割牙齿的边界线点和中心点，构建一系列贝塞尔曲线，进而生成曲面。这种方法生成的牙根形状单一，只能生成类似桃仁形状的虚拟牙根，无法为切牙尖牙和磨牙生成不同形状的牙根，也不能提高各种牙齿的别识度。中国专利，申请号201811275988.7，专利名称为《一种用于计算机辅助隐形正畸的虚拟牙根的生成方法、存储设备及计算机》，根据真实牙齿模型分割后得到的牙齿模型和牙根长度生成虚拟牙根，使牙齿成为一个完整封闭的三角网格模型，并且这个模型能够用于牙齿的移动变形和正畸后的模型运算，但是生成的牙根底部扁平，达不到自然平滑的要求。并且切牙、尖牙和磨牙的基本形状都一致，和实际牙根形状差异较大。
技术实现思路
为了克服现有虚拟牙根生成方法生成的虚拟牙根存在和实际牙根情况差异较大的问题，本专利技术提供了一种可以控制形状的虚拟牙根生成方法，提高正畸排牙中牙齿的别识度。本专利技术的实现原理：绘制牙根虚拟轮廓，根据真实牙齿模型分割后得到的边界点和重心点，以及虚拟牙根的方向和长度，将牙根虚拟轮廓经过坐标变换，获得三维点，利用三维点构建规则曲线，将这些曲线重建成曲面后进行平滑，获得形状可控的牙根。本专利技术的具体技术方案是：本专利技术提供了一种可以控制形状的虚拟牙根生成方法，包括以下步骤：步骤1：建立三维坐标系M1，三维坐标系M1的Z1轴始终为0，在三维坐标系M1的X1Y1平面中绘制牙根虚拟轮廓；将磨牙的牙根虚拟轮廓采用第一轮廓线来表示；将尖牙和切牙的牙根虚拟轮廓采用第二轮廓线来表示；所述第一轮廓线由第一竖直段、弯曲段以及第二水平段构成；所述第二轮廓线为弧形线段；步骤2：确定任意一个牙齿T的实际边界线L，以及边界线L围成的图形的中心点q，以中心点q为起点沿着齿根方向进行延伸，得到点r；步骤3：在边界线L上选取任意点p，由点p，中心点q以及点r确定一个平面D；步骤4：建立三维坐标系M2；以点r为坐标原点，以点r和中心点q的之间连线为X2轴，以与X轴垂直，垂足为点r，且位于平面D上的直线为Y2轴，通过右手定则，得到Z2轴，从而得到三维坐标系M2；步骤5：确定牙根虚拟轮廓从三维坐标系M1到三维坐标系M2的变换矩阵A；步骤6：利用变换矩阵A，得到空间中的点集M，利用点集M和点p，构建若干个曲线S，通过若干个曲线S，构成曲面K；步骤7：将曲面K进行平滑处理，获得最终的曲面K1，即为所需要的虚拟牙根。进一步地，上述步骤2中以q为起点沿着齿根方向进行延伸，得到点r时，延伸的距离需要满足牙龈能够完全包裹虚拟牙根为标准。进一步地，上述以q为起点沿着齿根方向进行延伸，得到点r时，延伸的距离为0.3-1.5cm。进一步地，上变换矩阵A的表达式为：其中，(ax、bx、cx)、(ay,by,cy)、(az,bz,cz)分别表示三维坐标系M2的X2轴，Y2轴，Z2轴上单位坐标点在世界坐标系下的坐标；(ao,bo,co)那么表示三维坐标系M2的坐标原点在世界坐标系下的坐标。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术可以为切牙、尖牙和磨牙生成不同形状的虚拟牙根，提高各种牙齿的别识度，并且只需要一个算法便可以实现。2、本专利技术将牙齿牙根的虚拟轮廓进行坐标变换，得到三维坐标点，使得生成牙根的形状可以根据牙齿的类型进行变换，形式多样，并且进过平滑处理后，得到的牙根顺滑自然。美观大方。附图说明图1为三维坐标系M1下磨牙的牙根虚拟轮廓示意图；图2为三维坐标系M1下尖牙和切牙的牙根虚拟轮廓示意图；图3为生成一条曲线s的示意图；图4为磨牙牙根生成过程图；图5为尖牙和切牙的牙根生成过程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种可以控制形状的虚拟牙根生成方法作进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分；再次，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。本专利技术提供了一种可以控制形状的虚拟牙根生成方法，包括以下实现步骤：步骤1：建立三维坐标系M1，三维坐标系M1的Z1轴始终为0，在三维坐标系M1的X1Y1平面中绘制牙根虚拟轮廓；将磨牙的牙根虚拟轮廓采用第一轮廓线来表示；如图1所示，第一轮廓线由第一竖直段、弯曲段以及第二水平段构成；将尖牙和切牙的牙根虚拟轮廓采用第二轮廓线来表示；如图2所示，第二轮廓线为弧形线段；如图3所示，步骤2：确定任意一个牙齿T的实际边界线L，以及边界线L围成的图形的中心点q，以中心点q为起点沿着齿根方向进行延伸(延伸的距离需要满足牙龈能够完全包裹虚拟牙根为标准，一般延伸的距离范围是0.3-1.5cm)，得到点r；步骤3：在边界线L上选取任意点p，由点p，中心点q以及点r确定一个平面D；步骤4：建立三维坐标系M2；以点r为坐标原点，以点r和中心点q的之间连线为X2轴，以与X轴垂直，垂足为点r，且位于平面D上的直线为Y2轴，通过右手定则，得到Z2轴，从而得到三维坐标系M2；步骤5：确定牙根虚拟轮廓从三维坐标系M1到三维坐标系M2的变换矩阵A，变换矩阵A的表达式为：其中，(ax、bx、cx)、(ay,by,cy)、(az,bz,cz)分别表示三维坐标系M2的X2轴，Y2轴，Z2轴上单位坐标点在世界坐标系下的坐标；(ao,bo,co)那么表示三维坐标系M2的坐标原点在世界坐标系下的坐标。步骤6：利用变换矩阵A，得到空间中的点集M，利用点集M和点p，构建若干个曲线s，通过若干个曲线s，构成曲面K；步骤7：将曲面K进行平滑处理，获得最终的曲面K1，即为所需要的虚拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可以控制形状的虚拟牙根生成方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：建立三维坐标系M

【技术特征摘要】
1.一种可以控制形状的虚拟牙根生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立三维坐标系M1，三维坐标系M1的Z1轴始终为0，在三维坐标系M1的X1Y1平面中绘制牙根虚拟轮廓；
将磨牙的牙根虚拟轮廓采用第一轮廓线来表示；将尖牙和切牙的牙根虚拟轮廓采用第二轮廓线来表示；
所述第一轮廓线由第一竖直段、弯曲段以及第二水平段构成；
所述第二轮廓线为弧形线段；
步骤2：确定任意一个牙齿T的实际边界线L，以及边界线L围成的图形的中心点q，以中心点q为起点沿着齿根方向进行延伸，得到点r；
步骤3：在边界线L上选取任意点p，由点p，中心点q以及点r确定一个平面D；
步骤4：建立三维坐标系M2；
以点r为坐标原点，以点r和中心点q的之间连线为X2轴，以与X轴垂直，垂足为点r，且位于平面D上的直线为Y2轴，通过右手定则，得到Z2轴，从而得到三维坐标系M2；
步骤5：确定牙根虚拟轮廓从三维坐标系M1到三维坐标系M2的变换矩阵A；
步骤6：利用变换矩阵A，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，王晶，卢秉恒，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61