[发明专利]一种牙齿预备体修复模型特征线提取方法

说明书

本发明公开了一种牙齿预备体修复模型特征线提取方法，包括以下步骤：在预备体的特征区域拾取关键特征点，然后根据综合约束控制函数采用启发式搜索算法搜索出关键特征点间的所有最优候选节点，最后顺序连接所有最优候选节点，以构成关键特征点间的初始特征路径，综合约束控制函数以距离、方向和特征作为综合约束条件；对关键特征点间的初始特征路径进行编辑；采用改进的特征路径光顺算法对编辑后的初始特征路径进行形态优化，得到牙齿预备体修复模型的特征线，改进的特征路径光顺算法直接根据预备体网格的空间拓扑形态在三维空间内完成初始特征路径的形态优化。本发明具有准确、稳定、效率高和提取质量有保证的优点，可广泛应用于义齿修复领域。

技术领域

本发明涉及义齿修复领域，尤其是一种牙齿预备体修复模型特征线提取方法。

背景技术

名词解释：

三角网格：多边形网格的一种，是计算机图形学中用于为各种不规则物体建立模型的一种数据结构。现实世界中的物体表面直观上看都是由曲面构成的；而在计算机世界中，由于只能用离散的结构去模拟现实中连续的事物。所以现实世界中的曲面实际上在计算机里是由无数个小的多边形面片组成的。

牙齿预备体：在冠、嵌体的数字化制作过程中，口腔医生需要首先对患牙进行预先制备(简称预备)，而牙齿的预备过程是由牙科医生在患牙上，利用高速电钻根据医学知识，预备一个符合形态要求的牙齿预备体。

特征信息：是指能够表现模型显著形状的信息，主要包括脊线、谷线、拐点和边界线等要素。在微分几何中，一般通过主曲率、主方向以及主曲率极值系数等微分量来计算曲面的特征信息。

特征线：由包含特征信息的特征点连接所形成的一条线。

近年来，CAD/CAM技术在口腔修复领域中的应用取得了飞速的发展。相比于传统的手工修复方式，口腔CAD/CAM技术显著地降低了牙科技师的劳动强度，极大地提高了修复效率，具备更加优良的修复质量，同时满足了个性化修复体的设计需求。牙齿预备体的特征线包括冠预备体颈缘线和嵌体预备体洞缘线，是全冠修复以及嵌体修复的基准线，其提取质量直接影响修复体的建模精度，关系到患者佩戴修复体的舒适度，对牙龈健康具有重要影响。因此，牙齿预备体特征线的提取是数字化口腔修复体造型设计的关键环节。预备体一般具有复杂的几何形貌特征，且其特征质量取决于医生预备水平和测量所获得的网格质量，表面缺陷、噪音数据等都会对特征线的提取造成影响。目前网格曲面上的特征线提取方法主要分为自动提取方法和半自动提取方法这两大类。

1、自动提取方法。

等人在名为“Extraction of feature lines on triangulated surfacesusing morphological operators”的论文中提出了采用形态学运算符来提取三角网格曲面的特征线方法，该方法首先根据平均曲率值设置一个阈值将网格模型划分为两个区域：低曲率区域、高曲率区域(即初始特征区域)，然后使用图像分析中的一种语义操作进行膨胀和腐蚀处理，将初始特征区域增强，最后在增强后的初始特征区域中抽取出特征线。该方法减少了噪音数据和人为操作的干预，但模型阈值的设置需要反复进行试验才能确定，且易受三角片数量和密度的限制，精确度不高。

邱彦杰等人在名为“基于Morse-Smale复形的三角网格特征线提取”的论文中提出了基于Morse-Smale(MS)复形的特征线提取算法，该方法通过计算网格顶点曲率来构造指标函数，并以此为依据建立MS复形，定义显著度作为判断特征线重要程度的控制参数，最后通过复形简化过程依次删除次要特征，从而实现相互连接的特征线的自动提取。该方法中特征线强度与显著度的设置也需通过试验来确定，对于具有特征干涉的模型无法提取出准确的特征线。

2、半自动提取方法。