[發明專利]一種虛擬牙齦三角網格構建和隨動方法

有效

• 申請號: 201610080390.7
• 申請日: 2016-02-05
• 公開（公告）號: CN105551081B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 田宇佳;王春蝶;宣夢潔
• 申請（專利權）人: 杭州美齊科技有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林超

技術領域

本發明涉及了一種牙模型構建算法，尤其是涉及了一種虛擬牙齦三角網格構建和隨動算法，創建獲得虛擬牙齦的三角網格并實現隨動形變。

背景技術

近年來，數字口腔技術發展迅速，牙齒隱形正畸也逐漸普及。而數字治療輔助系統要完成的工作就是建立牙齒模型，為矯治方案的設計提供數據支持。要建立精準的牙齒模型，首先需要通過光學方法掃描石膏模型獲得牙頜三維數據，再利用數字幾何處理技術分離牙齒牙齦數據，并對牙齒缺失部分進行修復，建立可移動的牙齒模型，供醫生確定矯治方案。

在牙齒模型的建立中，原本的牙齦模型因為取模、翻模過程中的修整，會有較大的變形，所以需要重新建立虛擬牙齦模型。而在牙齒的移動過程中，也需要牙齦能夠隨之而移動，以直觀地展示移動過程，并使制作出來的牙套更加舒適。

發明內容

本發明提出了一種虛擬牙齦三角網格構建和隨動算法。該算法通過計算，得到更加符合牙齒牽引作用的牙齦數據，以提高矯治器在使用過程的舒適程度，減少矯治器對牙齦組織的擠壓。同時，牙齦隨著牙齒位置運動而形變的過程能夠提高醫生與患者在矯治方案設計交流的方便，能夠直觀地向患者展示整個矯治方案。

本發明提出了以下技術方案：

1)先構建虛擬牙齦網格：

1.1)導入所有牙齒模型及每顆牙齒對應的局部坐標系；

1.2)獲取每顆牙齒模型對應的控制點，利用控制點獲得牙齦邊界線；

1.3)移動控制點生成虛擬牙齦的三角網格；

2)對虛擬牙齦網格形變與重建：

通過移動點、隨動點和固定點獲得形變區域，構造Laplacian矩陣進行網格形變。在形變過程中，使用牙齒運動控制牙齦邊界，進而控制牙齦局部形變區域形變，多個局部形變區域依次形變，最終形成了整個牙齦的整體形變。在本算法中，虛擬牙齦網格被分為不同的形變區域，一個形變區域包括一顆牙齒鄰近牙齦區域以及由相鄰兩顆牙齒的邊界組成的固定邊界。

所述的牙齒模型為切割完畢且其邊緣已平滑修復的三角網格模型。

所述的控制點是指位于每顆牙齒模型的邊緣上有序排列的點，控制點采用以下方式獲得：

Step1：找到牙齒模型的邊界點并對邊界點進行排序；將牙齒模型的各個邊界點投影到局部坐標系的XY水平平面，在投影得到的點中找到在X軸正方向區域里與X 軸最近的點作為排序的起始點，然后從該點開始沿著XY平面順時針的方向對邊界點進行依次排序，獲得有序的邊界點集；

Step2：從中摳除牙縫點，牙縫點是牙縫兩側附近的邊界點，形成每顆牙齒的內外邊界點；

Step3：利用單顆牙齒的局部坐標系在摳除牙縫點后的邊界點中獲取控制點，從每顆牙齒的內外邊界點分別均勻地選擇五個邊界點作為控制點。

所述步驟Step2中的牙縫點采用以下方式獲得：一顆牙齒模型上的任意邊界點為v1，另一顆牙齒模型上的任意邊界點為v2，對于兩顆相鄰牙齒模型上的所有點，只要任意兩點之間的歐式距離滿足||v1-v2||<＝Dmin+0.5，則均視為牙縫點， Dmin為兩顆相鄰牙齒模型之間的最短距離，0.5為經驗值，可在合理的范圍內微調。

所述的局部坐標系以每顆牙齒模型的中心為坐標原點，其中X軸方向由舌側指向唇側并與牙齒表面垂直，Z軸方向從牙根指向牙冠，Y軸垂直于X軸和Z 軸。

所述的牙齦邊界線包括兩條上部邊界線和兩條底部邊界線，按照順序依次連接控制點得到牙齦與牙齒相鄰的位于內、外的上部邊界線，底部邊界線是通過控制點投影到牙齦底部全局坐標的XY平面后曲線擬合得到。

所述牙齦的底部邊界線采用以下方式獲得：

Step1：從控制點在牙齦底部全局坐標的XY平面上的投影點中選擇確定擬合控制點，擬合控制點用于可控制B-樣條曲線的形態。