[发明专利]一种虚拟牙龈三角网格构建和随动方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种牙模型构建算法，尤其是涉及了一种虚拟牙龈三角网格构建和随动算法，创建获得虚拟牙龈的三角网格并实现随动形变。

背景技术

近年来，数字口腔技术发展迅速，牙齿隐形正畸也逐渐普及。而数字治疗辅助系统要完成的工作就是建立牙齿模型，为矫治方案的设计提供数据支持。要建立精准的牙齿模型，首先需要通过光学方法扫描石膏模型获得牙颌三维数据，再利用数字几何处理技术分离牙齿牙龈数据，并对牙齿缺失部分进行修复，建立可移动的牙齿模型，供医生确定矫治方案。

在牙齿模型的建立中，原本的牙龈模型因为取模、翻模过程中的修整，会有较大的变形，所以需要重新建立虚拟牙龈模型。而在牙齿的移动过程中，也需要牙龈能够随之而移动，以直观地展示移动过程，并使制作出来的牙套更加舒适。

发明内容

本发明提出了一种虚拟牙龈三角网格构建和随动算法。该算法通过计算，得到更加符合牙齿牵引作用的牙龈数据，以提高矫治器在使用过程的舒适程度，减少矫治器对牙龈组织的挤压。同时，牙龈随着牙齿位置运动而形变的过程能够提高医生与患者在矫治方案设计交流的方便，能够直观地向患者展示整个矫治方案。

本发明提出了以下技术方案：

1)先构建虚拟牙龈网格：

1.1)导入所有牙齿模型及每颗牙齿对应的局部坐标系；

1.2)获取每颗牙齿模型对应的控制点，利用控制点获得牙龈边界线；

1.3)移动控制点生成虚拟牙龈的三角网格；

2)对虚拟牙龈网格形变与重建：

通过移动点、随动点和固定点获得形变区域，构造Laplacian矩阵进行网格形变。在形变过程中，使用牙齿运动控制牙龈边界，进而控制牙龈局部形变区域形变，多个局部形变区域依次形变，最终形成了整个牙龈的整体形变。在本算法中，虚拟牙龈网格被分为不同的形变区域，一个形变区域包括一颗牙齿邻近牙龈区域以及由相邻两颗牙齿的边界组成的固定边界。

所述的牙齿模型为切割完毕且其边缘已平滑修复的三角网格模型。

所述的控制点是指位于每颗牙齿模型的边缘上有序排列的点，控制点采用以下方式获得：

Step1：找到牙齿模型的边界点并对边界点进行排序；将牙齿模型的各个边界点投影到局部坐标系的XY水平平面，在投影得到的点中找到在X轴正方向区域里与X 轴最近的点作为排序的起始点，然后从该点开始沿着XY平面顺时针的方向对边界点进行依次排序，获得有序的边界点集；

Step2：从中抠除牙缝点，牙缝点是牙缝两侧附近的边界点，形成每颗牙齿的内外边界点；

Step3：利用单颗牙齿的局部坐标系在抠除牙缝点后的边界点中获取控制点，从每颗牙齿的内外边界点分别均匀地选择五个边界点作为控制点。

所述步骤Step2中的牙缝点采用以下方式获得：一颗牙齿模型上的任意边界点为v1，另一颗牙齿模型上的任意边界点为v2，对于两颗相邻牙齿模型上的所有点，只要任意两点之间的欧式距离满足||v1-v2||<＝Dmin+0.5，则均视为牙缝点， Dmin为两颗相邻牙齿模型之间的最短距离，0.5为经验值，可在合理的范围内微调。

所述的局部坐标系以每颗牙齿模型的中心为坐标原点，其中X轴方向由舌侧指向唇侧并与牙齿表面垂直，Z轴方向从牙根指向牙冠，Y轴垂直于X轴和Z 轴。

所述的牙龈边界线包括两条上部边界线和两条底部边界线，按照顺序依次连接控制点得到牙龈与牙齿相邻的位于内、外的上部边界线，底部边界线是通过控制点投影到牙龈底部全局坐标的XY平面后曲线拟合得到。

所述牙龈的底部边界线采用以下方式获得：

Step1：从控制点在牙龈底部全局坐标的XY平面上的投影点中选择确定拟合控制点，拟合控制点用于可控制B-样条曲线的形态。