一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法与流程

1.本发明涉及计算机辅助设计领域，具体为一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法。


背景技术：

2.现如今，随着数字口腔技术的快速普及，越来越多的患者选择医学正畸，而近几年，cad技术在牙齿正畸领域得到了广泛应用。在cad软件开发使用中，最重要的是得到提供给正畸设计师交互编辑的患者口腔数字模型。
3.现有的分割算法由于分割区域的误差以及三角形网格的性质，导致分割得到的牙冠模型可能包含不属于该颗牙齿的区域并且网格的边缘多为锯齿状，这将影响邻面修补以及虚拟牙根桩等后续处理结果，因而需要对分割得到的模型进行优化，去除多余部分并对网格边缘进行光顺。但目前仍缺乏针对该问题的有效算法，因此需要一种更加自动、鲁棒的网格优化算法。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法，解决了上述背景技术中提出现有的问题。
5.为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法，能够有效去除由于区域划分误差导致的多余模型区域，同时优化了输入模型的拓扑结构及模型数据的大小，有利于cad软件的后续处理以及提升软件前后端数据交互的效率。
6.具体的，本发明提供了一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法，包括以下步骤：
7.s1、输入原始牙冠模型：牙冠模型通过分割口腔扫描获得的完整牙颌模型得到；
8.s2、检测并修复非流形顶点：检测并修复网格模型上的非流形顶点；
9.s3、利用二次曲面拟合法得到顶点主曲率的大小和方向；
10.s31、对于每个顶点v，利用其法向构建一个高斯标架；
11.s32、将该顶点以及与其相邻顶点投影到该标架下，拟合得到一个二次曲面q；
12.s33、使用二次曲面q解析方程计算出曲面的主曲率大小及方向；
13.s4、结合顶点的最大曲率和到边缘的距离筛选顶点；
14.s5、删除模型的孤立连通域：删除网格模型上由于步骤s4操作导致的孤立连通域；
15.s6、光顺模型边缘：利用相邻边缘顶点的位置信息光顺处理后网格模型的边缘；
16.s7、利用各项同性重网格法，优化光顺边缘后的牙冠网格模型得到最终结果。
17.可选的，所述步骤s2的具体处理方法为：遍历网格所有顶点，统计每一个顶点v相连边缘边的条数n，边缘边条数n超过2的顶点既非流形顶点，采用网格拓扑操作中的分裂方法处理该顶点，使其分裂为n/2个位于相同位置的正常顶点。
18.可选的，所述步骤s4的筛选条件为：若顶点v的最大曲率超过阈值且离边缘小于3个面片，则删除该顶点及相邻的面片。
19.可选的，所述步骤s6中边缘点集b中的每个边缘顶点bi计算新的坐标bi`＝0.25b
i-1
+0.5bi+0.25b
i+1
，该过程共循环5次。
20.本发明提供了一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法，具备以下有益效果：
21.该方法结合了牙冠模型的几何特征，能够有效去除由于区域划分误差导致的多余模型区域，同时优化了输入模型的拓扑结构及模型数据的大小，有利于cad软件的后续处理以及提升软件前后端数据交互的效率。
附图说明
22.图1为本发明算法的实施流程图；
23.图2为输入的原始牙冠模型图；
24.图3为二次曲面拟合法计算出的顶点最大曲率大小示意图；
25.图4为最终优化结果的牙冠模型图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
27.如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法，包括以下步骤：
28.s1、输入原始牙冠模型：牙冠模型通过分割口腔扫描获得的完整牙颌模型得到；
29.s2、检测并修复非流形顶点：检测并修复网格模型上的非流形顶点，遍历网格所有顶点，统计每一个顶点v相连边缘边的条数n，边缘边条数n超过2的顶点既非流形顶点，采用网格拓扑操作中的分裂方法处理该顶点，使其分裂为n/2个位于相同位置的正常顶点；
30.s3、利用二次曲面拟合法得到顶点主曲率的大小和方向；
31.s31、对于每个顶点v，利用其法向构建一个高斯标架；
32.s32、将该顶点以及与其相邻顶点投影到该标架下，拟合得到一个二次曲面q；
33.s33、使用二次曲面q解析方程计算出曲面的主曲率大小及方向；
34.s4、结合顶点的最大曲率和到边缘的距离筛选顶点，若顶点v的最大曲率超过阈值且离边缘小于3个面片，则删除该顶点及相邻的面片；
35.s5、删除模型的孤立连通域：删除网格模型上由于步骤s4操作导致的孤立连通域；
36.s6、光顺模型边缘：利用相邻边缘顶点的位置信息光顺处理后网格模型的边缘，将边缘点集b中的每个边缘顶点bi计算新的坐标bi`＝0.25b
i-1
+0.5bi+0.25b
i+1
，该过程共循环5次；
37.s7、利用各项同性重网格法，优化光顺边缘后的牙冠网格模型得到最终结果。
38.以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法，包括以下步骤：s1、输入原始牙冠模型：牙冠模型通过分割口腔扫描获得的完整牙颌模型得到；s2、检测并修复非流形顶点：检测并修复网格模型上的非流形顶点；s3、利用二次曲面拟合法得到顶点主曲率的大小和方向；s31、对于每个顶点v，利用其法向构建一个高斯标架；s32、将该顶点以及与其相邻顶点投影到该高斯标架下，拟合得到一个二次曲面q；s33、使用二次曲面q解析方程计算出曲面的主曲率大小及方向；s4、结合顶点的最大曲率和到边缘的距离筛选顶点；s5、删除模型的孤立连通域：删除网格模型上由于步骤s4操作导致的孤立连通域；s6、光顺模型边缘：利用相邻边缘顶点的位置信息光顺处理后网格模型的边缘；s7、利用各项同性重网格法，优化光顺边缘后的牙冠网格模型得到最终结果。2.根据权利要求1所述的一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法，其特征在于，所述步骤s2的具体处理方法为：遍历网格所有顶点，统计每一个顶点v相连边缘边的条数n，边缘边条数n超过2的顶点既非流形顶点，采用网格拓扑操作中的分裂方法处理该顶点，使其分裂为n/2个位于相同位置的正常顶点。3.根据权利要求1所述的一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法，其特征在于，所述步骤s4的筛选条件为：若顶点v的最大曲率超过阈值且离边缘小于3个面片，则删除该顶点及相邻的面片。4.根据权利要求1所述的一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法，其特征在于，所述步骤s6中边缘点集b中的每个边缘顶点b
i
计算新的坐标b
i
`＝0.25b
i-1
+0.5b
i
+0.25b
i+1
，该过程共循环5次。

技术总结
本发明公开了一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法，涉及计算机辅助设计领域，具体为一种基于几何信息的三维牙冠模型优化方法，包括以下步骤：S1、输入原始牙冠模型；S2、检测并修复非流形顶点；S3、利用二次曲面拟合法得到顶点主曲率的大小和方向；S4、结合顶点的最大曲率和到边缘的距离筛选顶点；S5、删除模型的孤立连通域；S6、光顺模型边缘S7、利用各项同性重网格法，优化光顺边缘后的牙冠网格模型得到最终结果。本发明结合了牙冠模型的几何特征，能够有效去除由于区域划分误差导致的多余模型区域，同时优化了输入模型的拓扑结构及模型数据的大小，有利于CAD软件的后续处理以及提升软件前后端数据交互的效率。提升软件前后端数据交互的效率。提升软件前后端数据交互的效率。


技术研发人员：龚伟华 韦虎 孔令钧
受保护的技术使用者：杭州隐捷适生物科技有限公司
技术研发日：2022.03.04
技术公布日：2022/6/24