一种牙齿模型碰撞检测方法技术

本发明专利技术涉及数字口腔的技术领域，一种牙齿模型碰撞检测方法，相邻两颗牙齿模型的初步碰撞检测,对两相邻两颗牙齿模型顶点进行分析，各得到三条特征向量，根据两颗牙齿模型的顶点投影在六条特征向量上所有投影点的交集进行初步碰撞判断；对初步判断碰撞的牙齿模型进行精确碰撞检测,将两颗牙齿模型的所有三角面片投影到两颗牙齿模型质心点连接得到的向量上，筛选出牙齿模型A顶点对应牙齿模型B最短距离的三角面片，根据牙齿模型B三角面片的法向量判断两颗牙齿模型是否碰撞。本发明专利技术能准确地检测出两牙齿模型的碰撞,计算速度快,提高了排牙的速率。牙的速率。牙的速率。

【技术实现步骤摘要】
一种牙齿模型碰撞检测方法


[0001]本专利技术涉及数字口腔的
，具体涉及一种牙齿模型碰撞检测方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着计算机辅助设计和计算机图形学技术的发展，数字化全口义齿也在迅速发展，排牙过程中牙齿模型的位置和角度会发生变化，牙齿模型之间可能会发生碰撞或者存在缝隙，需要进行牙齿模型间的碰撞检测。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是：如何针对全口义齿排牙中牙齿模型的碰撞检测，提供一种计算速度快，准确率高的牙齿模型碰撞检测方法。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：一种牙齿模型碰撞检测方法，包括以下步骤：
[0005]步骤一：数据预处理阶段，分别读取相邻牙齿模型A和牙齿模型B三维模型中的顶点坐标集合、三角面片集合和三角面片法向量集合，并且根据三角面片在三角面片集合中的位置获取每个三角面片索引，得到三角面片索引集合，三角面片法向量集合和三角面片索引集合与三角面片集合成彼此为一对一映射关系，且三角面片法向量集合中的法向量方向为朝向牙齿外部，根据牙齿模型A的所有顶点坐标和牙齿模型B的所有顶点坐标获取牙齿模型A的质心坐标O
A
和牙齿模型B的质心坐标O
B
；
[0006]步骤二：快速碰撞检测阶段，通过将牙齿模型A和牙齿模型B投影到特征向量，如果牙齿模型A和牙齿模型B在特征向量上投影有交点，则牙齿模型A和牙齿模型B判断为发生碰撞，如果牙齿模型A和牙齿模型B在特征向量上投影无交点，则牙齿模型A和牙齿模型B判断为未发生碰撞；
[0007]步骤三：求出牙齿模型A和牙齿模型B的三角面片集合中每个三角面片的质心坐标，获得牙齿模型A的三角面片质心坐标集合和牙齿模型B的三角面片质心坐标集合，将牙齿模型A和牙齿模型B的三角面片质心坐标集合分别投影到牙齿模型A和牙齿模型B的质心坐标向量和保留三角面片集合中投影值大于零的三角面片，去除三角面片集合中投影值小于零的三角面片，获得缩减后的三角面片集合；
[0008]步骤四：遍历牙齿模型A的缩减后的三角面片集合对应的顶点坐标集合，计算牙齿模型A的顶点坐标集合中的所有顶点与牙齿模型B的三角面片质心坐标集合中所有三角面片质心坐标的欧氏距离，将牙齿模型A的顶点坐标集合和牙齿模型B的三角面片质心坐标集合根据最小欧式距离进行配对；
[0009]步骤五：精确碰撞检测阶段，将牙齿模型A的顶点坐标集合中的顶点坐标减去与之配对的牙齿模型B的三角面片质心坐标集合中的三角面片质心坐标，构成的方向向量再与牙齿模型B三角面片对应的三角面片法向量集合中的法向量求内积，若为负值，则牙齿模型A和牙齿模型B碰撞。负值则表示点位于三角面片法向量的反方向。
[0010]所述步骤一中，根据牙齿模型A的所有顶点坐标和牙齿模型B的所有顶点坐标获取
牙齿模型A的质心坐标O
A
和牙齿模型B的质心坐标O
B
，是指，牙齿模型A的所有顶点坐标求算数平均得到牙齿模型A的质心坐标O
A
，牙齿模型B的所有顶点坐标求算数平均得到牙齿模型B的质心坐标O
B
。
[0011]步骤二中，通过将牙齿模型A和牙齿模型B投影到特征向量，是指，将牙齿模型A和牙齿模型B的顶点坐标集合分别投影到选取的多条特征向量上，若在任意一条选取的特征向量上，牙齿模型A和牙齿模型B的顶点坐标集合投影有交点，则牙齿模型A和牙齿模型B判断为发生碰撞。
[0012]所述步骤二中，将牙齿模型A和牙齿模型B的顶点坐标集合分别投影到选取的多条特征向量上时，采用主成分分析法(PCA)处理，得到每颗牙齿模型的顶点坐标集合协方差矩阵的特征值和特征向量，特征值和特征向量为一一对应关系，将特征值按从大到小排序，特征值对应的特征向量也按特征值从大到小排序，选择特征值最大的3个特征值所对应的特征向量；选取的多条特征向量是指，牙齿模型A特征值最大的3个特征值所对应的特征向量和牙齿模型B特征值最大的3个特征值所对应的特征向量，这六条特征向量作为选取的多条特征向量。
[0013]所述步骤三中，求出牙齿模型A和牙齿模型B的三角面片集合中每个三角面片的质心坐标，是通过求每颗牙齿模型的三角面片集合中每个三角面片的三个顶点的算数平均值作为每颗牙齿模型的三角面片集合中每个三角面片的质心坐标。
[0014]所述步骤三中，将牙齿模型A和牙齿模型B的三角面片质心坐标集合分别投影到牙齿模型A和牙齿模型B的质心坐标向量和其中，牙齿模型A和牙齿模型B的质心坐标向量和通过牙齿模型A的质心坐标O
A
和牙齿模型B的质心坐标O
B
直接获得；将牙齿模型A的三角面片质心坐标集合投影到牙齿模型A和牙齿模型B的质心坐标向量上，并将投影点从小到大排序，选取投影值大于零的三角面片索引集合，将牙齿模型B的三角面片质心坐标集合投影到牙齿模型A和牙齿模型B的质心坐标向量上，并将投影点从小到大排序，选取投影值大于零的三角面片索引集合，由于牙齿模型三角面片质心坐标索引和三角面片索引一一对应，通过此方法可以保留牙齿模型A靠近牙齿模型B的三角面片和牙齿模型B靠近牙齿模型A的三角面片，以达到减少三角面片数目的目的。
[0015]所述步骤四中，将牙齿模型A的顶点坐标集合和牙齿模型B的三角面片质心坐标集合根据最小欧式距离进行配对，其中，牙齿模型A的顶点坐标集合是指牙齿模型A的缩减后的三角面片集合对应的顶点坐标集合，牙齿模型B的三角面片质心坐标集合是指牙齿模型B的缩减后的三角面片集合对应的三角面片质心坐标集合，遍历牙齿模型A的顶点坐标集合计算牙齿模型A的顶点坐标集合牙齿模型B的三角面片的质心集合的欧氏距离，可以得到对应牙齿模型A的顶点坐标集合的牙齿模型B的三角面片的质心集合的最小欧式距离三角面片索引集合，由于三角面片索引和法向量索引是一一对应的，可以得到与牙齿模型A的顶点坐标集合中的每个顶点对应的牙齿模型B的最短距离三角面片及其法向量。
[0016]所述步骤五中，将牙齿模型A的顶点坐标集合中的顶点坐标减去与之配对的牙齿模型B的三角面片质心坐标集合中的三角面片质心坐标，其中，牙齿模型A的顶点坐标集合是指，牙齿模型A的顶点坐标集合是指牙齿模型A的缩减后的三角面片集合对应的顶点坐标集合。本专利技术的有益效果是：本专利技术为数字化排牙过程，提供了一种新的相邻牙齿模型碰撞
检测方法，该方法通过两步判断，准确率高；通过筛选删除三角面片数目，计算速度快，可以实现排牙过程中实时碰撞检测。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施逻辑示意图；
[0018]图2为配对点向量与法向量内积示意图；
[0019]图3为牙齿模型顶点特征向量示意图；
[0020]图4为减少三角面片示意图；
[0021]图5为法向量指向示意图；
[0022]图6为顶点与法向量示意图。
具体实施方式
[0023]一种牙齿模型碰撞检测方法，包括以下步骤：
[0024]步骤一：数据预处理阶段，分别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种牙齿模型碰撞检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：数据预处理阶段，分别读取相邻牙齿模型A和牙齿模型B三维模型中的顶点坐标集合、三角面片集合和三角面片法向量集合，并且根据三角面片在三角面片集合中的位置获取每个三角面片索引，得到三角面片索引集合，三角面片法向量集合和三角面片索引集合与三角面片集合成彼此为一对一映射关系，且三角面片法向量集合中的法向量方向为朝向牙齿外部，根据牙齿模型A的所有顶点坐标和牙齿模型B的所有顶点坐标获取牙齿模型A的质心坐标O
A
和牙齿模型B的质心坐标O
B
；步骤二：快速碰撞检测阶段，通过将牙齿模型A和牙齿模型B投影到特征向量，如果牙齿模型A和牙齿模型B在特征向量上投影有交点，则牙齿模型A和牙齿模型B判断为发生碰撞，如果牙齿模型A和牙齿模型B在特征向量上投影无交点，则牙齿模型A和牙齿模型B判断为未发生碰撞；步骤三：求出牙齿模型A和牙齿模型B的三角面片集合中每个三角面片的质心坐标，获得牙齿模型A的三角面片质心坐标集合和牙齿模型B的三角面片质心坐标集合，将牙齿模型A和牙齿模型B的三角面片质心坐标集合分别投影到牙齿模型A和牙齿模型B的质心坐标向量和保留三角面片集合中投影值大于零的三角面片，去除三角面片集合中投影值小于零的三角面片，获得缩减后的三角面片集合；步骤四：遍历牙齿模型A的缩减后的三角面片集合对应的顶点坐标集合，计算牙齿模型A的顶点坐标集合中的所有顶点与牙齿模型B的三角面片质心坐标集合中所有三角面片质心坐标的欧氏距离，将牙齿模型A的顶点坐标集合和牙齿模型B的三角面片质心坐标集合根据最小欧式距离进行配对；步骤五：精确碰撞检测阶段，将牙齿模型A的顶点坐标集合中的顶点坐标减去与之配对的牙齿模型B的三角面片质心坐标集合中的三角面片质心坐标，构成的方向向量再与牙齿模型B三角面片对应的三角面片法向量集合中的法向量求内积，若为负值，则牙齿模型A和牙齿模型B碰撞。负值则表示点位于三角面片法向量的反方向。2.根据权利要求1所述的一种牙齿模型碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤一中，根据牙齿模型A的所有顶点坐标和牙齿模型B的所有顶点坐标获取牙齿模型A的质心坐标O
A
和牙齿模型B的质心坐标O
B
，是指，牙齿模型A的所有顶点坐标求算数平均得到牙齿模型A的质心坐标O
A
，牙齿模型B的所有顶点坐标求算数平均得到牙齿模型B的质心坐标O
B
。3.根据权利要求1所述的一种牙齿模型碰撞检测方法，其特征在于：步骤二中，通过将牙齿模型A和牙齿模型B投影到特征向量，是指，将牙齿模型A和牙齿模型B的顶点坐标集合分别投影到选取的多条特征向量上，若在任意一条选取的特征向量上，牙齿模型A和牙齿模型B的顶点坐标集合投影有交点，则牙齿模型A和牙齿模型B判断为发生碰撞。4.根据权利要求3所述的一种牙齿模型碰撞检测方法，其特征在于：所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡冬梅，陈祥宇，刘博，赵鹏飞，张波，牛力，
申请(专利权)人：北京联袂义齿技术有限公司，
类型：发明
国别省市：