本發(fā)明涉及三維圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于無托槽正畸的牙齦生成方法。

背景技術(shù)：

在無托槽隱形正畸當中，牙齒三維數(shù)據(jù)被傳入計算機進行虛擬排齊；在這一過程和后續(xù)的3D打印當中，虛擬牙齦為牙齒提供支撐。

在目前常見的產(chǎn)品當中，主流使用的有兩種牙齦生成方案：虛擬模型和完全真實模型。虛擬模型是根據(jù)用戶在牙齒上標記的關(guān)鍵點或牙齦線完全重新生成牙齦形態(tài)的一種方法，優(yōu)勢在于三角片數(shù)量和形狀可控，但由于完全與患者的真實牙齦無關(guān)，醫(yī)生無法觀察患者的牙齦及牙周健康情況。另外，當患者牙齦情況比較特殊時，可能發(fā)生矯治器擠壓或戳刺牙齦，導(dǎo)致患者佩戴不適的情況。完全真實模型是直接將患者的石膏模型轉(zhuǎn)換為虛擬牙齦的一種方法，簡單便捷，且真實的反映了患者的牙齦情況，避免了矯治器擠壓患者牙齦的情況發(fā)生，但一般石膏模型的體積較大(如配有基座則更大)，造成三角片數(shù)量急速增長，且三角片形態(tài)無法預(yù)估，可能產(chǎn)生意料之外的錯誤。

對于無托槽隱形正畸而言，比較有保留價值的是牙齒根部附近小片區(qū)域的牙齦形態(tài)，因此本文提出一種真實與虛擬混合方法構(gòu)造的牙齦三維模型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于無托槽正畸的牙齦生成方法，該方法采用真實與虛擬混合方法構(gòu)造牙齦的三維模型，既可以保持關(guān)鍵部位牙齦原有的形態(tài)，又可以盡可能的減少三角片數(shù)量，降低模型的大小。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種用于無托槽正畸的牙齦生成方法，包括如下步驟：

(1)對牙齒模型進行掃描得到牙齒模型的三維模型，設(shè)定牙齒模型的正方向并將模型正置；

(2)切分三維模型中需要保留的牙齦及牙齒部分，并順序保存切分邊緣；

(3)將所有切分邊緣上的點分別沿Z軸負方向或Z軸負方向在該邊緣上的點的投影方向延伸，獲得與指定底面的交點，從而得到牙齦底面的輪廓線；

(4)在牙齦底面的輪廓線上均勻采樣，從而得到牙齦底面的采樣寬度和牙齦底面至切分邊緣的平均距離，計算層數(shù)；

(5)計算底面的采樣點數(shù)，根據(jù)步驟四的計算結(jié)果依次生成每一層的輪廓點；

(6)將各層的輪廓點重新構(gòu)成三角片曲面即得到牙齦。

優(yōu)選地，所述步驟(3)之后，步驟(4)之前還包括步驟(31)對步驟(3)中得到的牙齦底面的輪廓線進行光順處理。所述步驟(31)中的光順處理的方法為：利用離散函數(shù)的傅里葉展開方法，保留前N項，實現(xiàn)輪廓線光順，其中N為大于等于1的整數(shù)。

優(yōu)選地，所述步驟(4)之后，步驟(5)之前還包括步驟(41)重新對牙齦底面的輪廓線進行采樣。

優(yōu)選地，所述的步驟(5)之后，步驟(6)之前還包括步驟(51)采用貝塞爾曲線或直線連接牙齦底面和相對應(yīng)的每一層上的輪廓點，并根據(jù)層高在曲線上采樣。

優(yōu)選地，所述步驟(6)之后還包括步驟(61)對步驟(6)中的連接處進行光滑處理。所述步驟(61)中所述的光滑處理采用拉普拉斯平滑處理的方法。所述拉普拉斯平滑處理的具體步驟為：

(611)將曲面連接部分選取為待平滑區(qū)域；

(612)對于待平滑區(qū)域中的各個點，獲取其周圍直接相連的點的坐標，并求取平均值，作為該點的優(yōu)化位置；

(613)更新相關(guān)區(qū)域的法向信息。

本發(fā)明的用于無托槽正畸的牙齦生成方法，利用該方法生成的牙齦，保留了有價值的牙根附近小片區(qū)域的牙齦形態(tài)，能夠使得醫(yī)生觀察患者的牙齦及牙周的健康情況，即使患者牙齦情況比較特殊，也不會導(dǎo)致患者佩戴不適或者矯治器擠壓或戳刺牙齦的情況。另外，采用虛擬的方法將另外的牙齦補齊，則盡可能減少了三角片數(shù)量的急速增長，降低了模型的大小。本發(fā)明的牙齦生成方法在實際的操作中使用起來非常的方便實用。

附圖說明

圖1為切分后的三維模型示意圖；

圖2為最終的牙齦三維模型示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明進行詳細的描述。

實施例1

一種用于無托槽正畸的牙齦生成方法，包括如下步驟：

(1)對牙齒模型進行掃描得到牙齒模型的三維模型，設(shè)定牙齒模型的正方向并將模型正置；如果部分型號的三維掃描儀自帶調(diào)整功能，則可省略將牙齒模型正置的步驟。

(2)切分三維模型中需要保留的牙齦及牙齒部分，并順序保存切分邊緣；經(jīng)過該步驟的操作可得到具有保留價值的的牙根附近小片區(qū)域的牙齦形態(tài)，方便醫(yī)生觀察患者的牙齦及牙周的健康情況。

(3)將所有切分邊緣上的點分別沿Z軸負方向或Z軸負方向在該邊緣上的點的投影方向延伸，獲得與指定底面的交點，從而得到牙齦底面的輪廓線；其中底面一般是由切分邊緣最下面的一個點再向下延伸一端距離得到的，這個距離可以根據(jù)生產(chǎn)需要進行調(diào)整。

(4)在牙齦底面的輪廓線上均勻采樣，從而得到牙齦底面的采樣寬度和牙齦底面至切分邊緣的平均距離，計算層數(shù)；切分三維模型中需要保留的牙齦及牙齒部分得到的切分邊緣并不是光滑的，而是高低不平的，因此牙齦底面的輪廓線上的采樣點到對應(yīng)切分邊緣上的點的距離也不是不同的，因此牙齦底面至切分邊緣的距離是一個平均值，得到平均值后，除以平均采樣寬度，取整即得到層數(shù)。

(5)計算底面的采樣點數(shù)，根據(jù)步驟四的計算結(jié)果依次生成每一層的輪廓點；

(6)將各層的輪廓點重新構(gòu)成三角片曲面即得到牙齦。

實施例1的方法采用真實與虛擬混合方法構(gòu)造牙齦的三維模型，既可以保持關(guān)鍵部位牙齦原有的形態(tài)，又可以盡可能的減少三角片數(shù)量，降低模型的大小。

實施例2

一種用于無托槽正畸的牙齦生成方法，包括如下步驟：

(1)對牙齒模型進行掃描得到牙齒模型的三維模型，設(shè)定牙齒模型的正方向并將模型正置；

(2)切分三維模型中需要保留的牙齦及牙齒部分，并順序保存切分邊緣；

(3)將所有切分邊緣上的點分別沿Z軸負方向或Z軸負方向在該邊緣上的點的投影方向延伸，獲得與指定底面的交點，從而得到牙齦底面的輪廓線；

(4)在牙齦底面的輪廓線上均勻采樣，從而得到牙齦底面的采樣寬度和牙齦底面至切分邊緣的平均距離，計算層數(shù)；

(5)計算底面的采樣點數(shù)，根據(jù)步驟四的計算結(jié)果依次生成每一層的輪廓點；

(6)將各層的輪廓點重新構(gòu)成三角片曲面即得到牙齦。

其中，所述步驟(3)之后，步驟(4)之前還包括步驟(31)對步驟(3)中得到的牙齦底面的輪廓線進行光順處理。所述步驟(31)中的光順處理的方法為：利用離散函數(shù)的傅里葉展開方法，保留前N項，實現(xiàn)輪廓線光順，其中N為大于等于1的整數(shù)。因為后面的處理中有很多數(shù)據(jù)是根據(jù)牙齦底面的輪廓線得到的，將牙齦底面的輪廓線進行光順處理后，最終得到的牙齦效果會更好。

其中，所述步驟(4)之后，步驟(5)之前還包括步驟(41)重新對牙齦底面的輪廓線進行采樣。接下來的步驟(5)是要生成每一層的輪廓點，因此可根據(jù)所要達到的效果，重新對牙齦底面的輪廓線進行采樣，加密或稀疏采樣點可得到不同精度的結(jié)果。

其中，所述的步驟(5)之后，步驟(6)之前還包括步驟(51)采用貝塞爾曲線或直線連接牙齦底面和相對應(yīng)的每一層上的輪廓點，并根據(jù)層高在曲線上采樣。根據(jù)需要，可以逐層增加/減少采樣點，具體方法是間隔采樣或在原采樣點中間繼續(xù)采樣。

其中，所述步驟(6)之后還包括步驟(61)對步驟(6)中的連接處進行光滑處理。所述步驟(61)中所述的光滑處理采用拉普拉斯平滑處理的方法。所述拉普拉斯平滑處理的具體步驟為：

(611)將曲面連接部分選取為待平滑區(qū)域；

(612)對于待平滑區(qū)域中的各個點，獲取其周圍直接相連的點的坐標，并求取平均值，作為該點的優(yōu)化位置；

(613)更新相關(guān)區(qū)域的法向信息。

光順處理后能夠得到效果比較好的虛擬牙齦。