[发明专利]一种三维牙冠模型虚拟牙根桩生成方法

说明书

本发明公开了一种三维牙冠模型虚拟牙根桩生成方法。本发明在生成底部轮廓时参考了输入的牙冠模型边缘以及现实中真实的牙根形态，生成的底部轮廓更加自然，同时也有助于生成更真实虚拟牙根桩侧面及底面网格；同时，在优化侧面网格形态时使用高阶拉普拉斯算子光顺网格的曲率变化率，通过固定了牙冠部分，将牙冠部分已知的曲率信息平滑过渡到虚拟牙根桩侧面的生成区域，使得输入区域到生成区域的过渡更加自然，提高了模型的美观度；最后，同样为了提升虚拟牙根桩底部的美观度，本发明通过应用基于泊松方程的形态优化方法，通过指定底部面片的法相分布，达到优化形态的目的，同时优化了医生及正畸设计师使用软件的用户体验。

技术领域

本发明涉及计算机辅助设计领域，具体涉及一种三维牙冠模型虚拟牙根桩生成方法。

背景技术

近几年，随着计算机技术的高速发展，计算机图形学和口腔医学二者结合成为研究及开发人员探索的热门方向。通过医生端软件展示患者的三维口腔模型及牙齿正畸动画，让患者在治疗前便能预览虚拟的治疗效果，更加有利于患者与医生间对于目标效果的沟通。而在正畸设计师端，软件允许正畸设计师直接通过鼠标拖动及点选交互的方式，为患者设计针对性的正畸计划，能够有效降低设计流程的复杂度，大大提高正畸方案的设计效率。

为了满足以上软件功能的预期，高质量的三维牙齿模型必不可少。而常用的口扫获取模型的方式，只能得到患者牙齿裸露在牙龈外的牙冠部分，牙根部分由于被牙龈包裹无法获得其三维信息，实际应用中通常使用算法生成的虚拟牙根桩替代真实牙根桩来用于展示。目前已有的虚拟牙根桩生成方法处理简单，与真实牙齿形态相去甚远，导致生成的三维牙齿模型在软件中展示时观感较差；同时，在正畸设计师端也将影响正畸方案设计的准确度。

发明内容

本发明目的是针对该需求，结合齿科知识与计算机图形学处理方法提出了一种三维牙冠模型虚拟牙根桩生成方法，该方法在保证模型准确性的同时，提升了生成虚拟牙根桩的美观度，优化了医生及正畸设计师使用软件的用户体验。

本发明所采用的技术方案如下：

步骤1、获取待生成虚拟牙根桩的三维牙冠网格模型及其局部坐标系信息；

步骤2、使用获取的三维牙冠网格模型的边界点集V_b生成虚拟牙根桩的底部轮廓点集P及轮廓中心点v_c；

步骤3、连接三维牙冠网格模型的边界点集V_b和光顺后的底部轮廓点集P，构建虚拟牙根桩的初始侧面网格；

步骤4、利用各向同性重网格法优化虚拟牙根桩的初始侧面网格的拓扑结构，得到虚拟牙根桩侧面网格；

步骤5、利用高阶离散拉普拉斯算子优化虚拟牙根桩侧面网格的形态；

步骤6、以三角网格的形式连接底部轮廓点集P与底部轮廓中心点v_c，构建虚拟牙根桩的初始底面网格；

步骤7、利用各向同性重网格法优化虚拟牙根桩的初始底面网格的拓扑结构，得到虚拟牙根桩底面网格；

步骤8、使用基于泊松方程的网格优化方法优化虚拟牙根桩底面网格的形态；

步骤2中虚拟牙根桩底部轮廓点集P的生成方式具体操作为：

2.1使用局部坐标系信息计算出所有顶点在牙齿局部坐标系下的坐标，定义获取的三维牙冠网格模型的高度h＝z_max-z_min,其中z_max和z_min分别表示所有顶点中Z轴坐标的最大值和最小值；

2.2将边界点集V_b投影到z＝-kh表示的平面上得到底部轮廓点集P，并令点v_c(0,0,-kh)为底部轮廓中心点，其中k为虚拟牙根桩的长度系数，此处使用k＝1.6；