一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法，包括：S1.讀取待操作的修復(fù)體模型，同時輸入特征點集合；S2.將特征點集合中的所有特征點投影到變形曲面，獲得每個特征點對應(yīng)的投影點；S3.計算每個投影點對應(yīng)的變形區(qū)域中的每個頂點與該投影點之間的拓撲距離，進而篩選獲得該投影點對應(yīng)的所有變形點；S4.根據(jù)密度函數(shù)計算變形點的變形向量；S5.根據(jù)計算出的變形向量對變形點進行變形操作。本發(fā)明可以實現(xiàn)義齒修復(fù)表面的快速變形，計算量低、效率高而且準確度高，可廣泛應(yīng)用于義齒修復(fù)體表面的變形領(lǐng)域中。
【專利說明】-種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及義齒修復(fù)的計算機圖形構(gòu)造領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種基于特征點的義齒 修復(fù)表面快速變形方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 牙齒修復(fù)體曲面局部變形是口腔修復(fù)CAD/CAM系統(tǒng)的核屯、技術(shù)之一，其功能是針 對患者口內(nèi)特定的約束條件修改修復(fù)體的表面，該變形方法的效率直接影響到修復(fù)體的精 確度。目前主要的變形方法有W下幾種：一、基于細分變形空間的局部變形方法，該方法首 先構(gòu)造修復(fù)體模型的細分變形空間后，將數(shù)據(jù)映射到空間中，然后通過細分變形空間間接 改變修復(fù)體的局部形態(tài)，該方法細分空間的界定并不客觀，變形范圍也難W確定，導(dǎo)致變形 效果比較不穩(wěn)定，而且該種方法計算量也比較大，效率比較低；二、基于B樣條曲線插值修 復(fù)體模型的變形方法，該種方法通過B樣條曲線差值修復(fù)體模型后，通過改變B樣條的控制 點實現(xiàn)局部變形，該方法計算量較大，導(dǎo)致實時性較差，不適用于實時性要求較高的系統(tǒng)； =、基于曲線驅(qū)動的局部變形方法，該種方法的計算量相對于前兩種方法會較低，效率有所 提升，但是提升的效率不足W滿足良好的交互性要求，該方法對處于凹凸處的變形點的變 形向量的計算存在較大偏差，導(dǎo)致整個變形方法精確度較差。總的來說，目前的變形方法 中，普遍存在計算量大、效率低W及準確度低的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方 法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是；
[0005] 一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法，包括：
[0006] S1、讀取待操作的修復(fù)體模型，同時輸入特征點集合；
[0007] S2、將特征點集合中的所有特征點投影到變形曲面，獲得每個特征點對應(yīng)的投影 占. '?、、 ?
[000引 S3、計算每個投影點對應(yīng)的變形區(qū)域中的每個頂點與該投影點之間的拓撲距離， 進而篩選獲得該投影點對應(yīng)的所有變形點；
[0009] S4、根據(jù)密度函數(shù)計算變形點的變形向量；
[0010] S5、根據(jù)計算出的變形向量對變形點進行變形操作。
[0011] 進一步，所述步驟S2,包括：
[0012] S21、讀取特征點集合中的第一個特征點；
[0013] S22、遍歷修復(fù)體模型上的所有頂點后，獲得與第一個特征點的距離平方值最小的 頂點作為第一個特征點的投影點；
[0014] S23、依次讀取特征點集合中的其它特征點，W第一個特征點的投影點為中屯、點， 依次遍歷中屯、點的N環(huán)鄰域點，并將該些頂點中與讀取的特征點之間的距離平方值最小的 頂點作為該特征點的投影點；
[0015] 其中，N = 1，2,3，…，N〇;N。為預(yù)設(shè)的正整數(shù)。
[0016] 進一步，所述步驟S3,包括：
[0017] S31、在每個投影點對應(yīng)的變形區(qū)域中，W該投影點為中屯、，依次遍歷該投影點的N 環(huán)鄰域點，并將所遍歷的每個頂點的路徑信息均存儲到FIFO中；
[0018] S32、依次從FIFO中讀取一個頂點的路徑信息后，計算該頂點到其對應(yīng)的投影點 的拓撲距離，并判斷該拓撲距離是否小于或等于變形半徑，若是，將該頂點作為投影點的變 形點，否則，將該頂點剔除；
[0019] S33、重復(fù)執(zhí)行步驟S32,直到FIFO讀取完畢后，獲得該投影點對應(yīng)的所有變形點；
[0020] 其中，所述變形半徑是指預(yù)設(shè)的投影點對應(yīng)的變形區(qū)域的半徑，N = 1，2,3,…， Ne;N。為預(yù)設(shè)的正整數(shù)。
[002U 進一步，所述FIFO的每個數(shù)據(jù)單元包括四個參數(shù)；起點、終點、投影點與終點的最 短路徑值W及起點到終點的長度。
[0022] 進一步，所述步驟S4,包括：
[0023] S41、對每個變形點，根據(jù)下式計算其密度函數(shù)：
[0024] F(x) = (x2-l)2(x G [0, U)
[002引上式中，F(xiàn)(x)表示變形點的密度函數(shù)，X = L/R，L表示該變形點到其對應(yīng)的投影 點的拓撲距離，R表示變形半徑；
[0026] S42、根據(jù)下式計算變形點的變形向量：
[0027] Vec (pt) = F (X) X (Cnew (vt) -Cold (vt)}
[002引上式中，Vec(pt)表示變形點的變形向量，C",，(vt)表示該變形點對應(yīng)的投影點， CdM(^)表示該投影點對應(yīng)的特征點。
[0029] 進一步，所述步驟S5,其具體為：
[0030] 根據(jù)計算出的變形向量，結(jié)合下式對變形點進行變形操作：
[0031] pt' = pt+Vec (pt)
[0032] 上式中，pt代表變形點，pt'代表對變形點進行變形操作后得到的頂點，Vec(pt) 代表變形點的變形向量。
[0033] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方 法，包括；S1、讀取待操作的修復(fù)體模型，同時輸入特征點集合；S2、將特征點集合中的所有 特征點投影到變形曲面，獲得每個特征點對應(yīng)的投影點；S3、計算每個投影點對應(yīng)的變形區(qū) 域中的每個頂點與該投影點之間的拓撲距離，進而篩選獲得該投影點對應(yīng)的所有變形點； S4、根據(jù)密度函數(shù)計算變形點的變形向量；S5、根據(jù)計算出的變形向量對變形點進行變形操 作。本發(fā)明直接獲取用戶輸入的特征點集合，沒有擬合等數(shù)據(jù)計算過程，而且通過將特征點 投影到變形曲面后，根據(jù)密度函數(shù)計算出變形點的變形向量，從而對變形點進行變形操作， 實現(xiàn)義齒修復(fù)表面的快速變形，計算量低、效率高而且準確度高。
[0034] 而且，本方法基于頂點的N環(huán)鄰域來獲得特征點的投影點W及投影點對應(yīng)的變形 區(qū)域中的變形點，大大地降低了計算量，顯著地提高了義齒修復(fù)表面變形的效率，且準確度 較高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0036] 圖1是本發(fā)明的一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法的示意圖；
[0037] 圖2是N環(huán)鄰域示意圖；
[003引圖3是本發(fā)明的一具體實施例中查找特征點的投影點的原理示意圖；
[0039] 圖4是本發(fā)明的一具體實施例中的一投影點與其N環(huán)鄰域點之間的拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0040] 圖5是本發(fā)明的一具體實施例中的FIFO模型的示意圖。

【具體實施方式】
[0041] 為了便于下文的描述，首先給出W下術(shù)語解釋：
[0042] N環(huán)鄰域點；拓撲模型上，計算頂點B到頂點A所需經(jīng)過的最短邊數(shù)，若該個最短 邊數(shù)的值為1，則頂點B是頂點A的1環(huán)鄰域點，如果該個最短邊數(shù)的值為N，則B是A的N 環(huán)鄰域點。換言之，頂點的N環(huán)鄰域點是指與頂點的最短拓撲距離為N的頂點，N為不小于 1的自然數(shù)。例如，圖2中，頂點B是頂點A的4環(huán)鄰域點，實際上，頂點B到頂點A的拓撲 距離有多個，根據(jù)N環(huán)鄰域點的定義選取最短的拓撲距離。
[004引 FIFO ;First I噸ut First 0u1:put的縮寫，先入先出隊列。
[0044] 參照圖1，本發(fā)明提供了一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法，包括：
[0045] S1、讀取待操作的修復(fù)體模型，同時輸入特征點集合；
[0046] S2、將特征點集合中的所有特征點投影到變形曲面，獲得每個特征點對應(yīng)的投影 占. '?、、，
[0047] S3、計算每個投影點對應(yīng)的變形區(qū)域中的每個頂點與該投影點之間的拓撲距離， 進而篩選獲得該投影點對應(yīng)的所有變形點；
[0048] S4、根據(jù)密度函數(shù)計算變形點的變形向量；
[0049] S5、根據(jù)計算出的變形向量對變形點進行變形操作。
[0化日]進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟S2,包括：
[0化1] S21、讀取特征點集合中的第一個特征點；
[0化2] S22、遍歷修復(fù)體模型上的所有頂點后，獲得與第一個特征點的距離平方值最小的 頂點作為第一個特征點的投影點；
[0化3] S23、依次讀取特征點集合中的其它特征點，W第一個特征點的投影點為中屯、點， 依次遍歷中屯、點的N環(huán)鄰域點，并將該些頂點中與讀取的特征點之間的距離平方值最小的 頂點作為該特征點的投影點；
[0054] 其中，N=l，2,3，…，N〇;N。為預(yù)設(shè)的正整數(shù)。
[0化5] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟S3,包括：
[0056] S31、在每個投影點對應(yīng)的變形區(qū)域中，W該投影點為中心依次遍歷該投影點的N 環(huán)鄰域點，并將所遍歷的每個頂點的路徑信息均存儲到FIFO中；
[0化7] S32、依次從FIFO中讀取一個頂點的路徑信息后，計算該頂點到其對應(yīng)的投影點 的拓撲距離，并判斷該拓撲距離是否小于或等于變形半徑，若是，將該頂點作為投影點的變 形點，否則，將該頂點剔除；
[0化引 S33、重復(fù)執(zhí)行步驟S32,直到FIFO讀取完畢后，獲得該投影點對應(yīng)的所有變形點；
[0化9] 其中，所述變形半徑是指預(yù)設(shè)的投影點對應(yīng)的變形區(qū)域的半徑，N = 1，2,3，…， Ne;N。為預(yù)設(shè)的正整數(shù)。
[0060] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述FIFO的每個數(shù)據(jù)單元包括四個參數(shù)；起點、終 點、投影點與終點的最短路徑值W及起點到終點的長度。
[0061] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟S4,包括：
[0062] S41、對每個變形點，根據(jù)下式計算其密度函數(shù)：
[0063] F(x) = (x2-l)2(x G [0, U)
[0064] 上式中，F(xiàn)(x)表示變形點的密度函數(shù)，X = L/R，L表示該變形點到其對應(yīng)的投影 點的拓撲距離，R表示變形半徑；
[00化]S42、根據(jù)下式計算變形點的變形向量；
[0066] Vec (pt) = F (X) X (Cnew (vt) -Cold (vt)}
[0067] 上式中，Vec(pt)表示變形點的變形向量，C"6，(vt)表示該變形點對應(yīng)的投影點， Cdh(^)表示該投影點對應(yīng)的特征點。
[0068] 進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述步驟S5,其具體為：
[0069] 根據(jù)計算出的變形向量，結(jié)合下式對變形點進行變形操作：
[0070] pt' =pt+Vec(pt)
[0071] 上式中，pt代表變形點，pt'代表對變形點進行變形操作后得到的頂點，Vec(pt) 代表變形點的變形向量。
[0072] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做詳細說明。
[0073] 參照圖1，一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法，包括：
[0074] S1、讀取待操作的修復(fù)體模型，同時輸入特征點集合；本實施例中，特征點集合來 源于CAD/CAE系統(tǒng)使用者手動對修復(fù)體模型進行調(diào)整，或者修復(fù)體模型與鄰牙適配時產(chǎn) 生；特征點集合可W位于修復(fù)體上，也可W不在修復(fù)體上；本發(fā)明中的修復(fù)體即指義齒修 復(fù)預(yù)備體。
[0075] S2、將特征點集合中的所有特征點投影到變形曲面，獲得每個特征點對應(yīng)的投影 占. '?、、，
[0076] S3、計算每個投影點對應(yīng)的變形區(qū)域中的每個頂點與該投影點之間的拓撲距離， 進而篩選獲得該投影點對應(yīng)的所有變形點；每個投影點對應(yīng)的變形區(qū)域是指W該投影點為 中屯、，W預(yù)設(shè)半徑R的球體與義齒修復(fù)體模型相交的區(qū)域；
[0077] S4、根據(jù)密度函數(shù)計算變形點的變形向量；
[007引 S5、根據(jù)計算出的變形向量對變形點進行變形操作，其具體如下：
[0079] 根據(jù)計算出的變形向量，結(jié)合下式對變形點進行變形操作：
[0080] pt' =pt+Vec(pt)
[0081] 上式中，pt代表變形點，pt'代表對變形點進行變形操作后得到的頂點，Vec(pt) 代表變形點的變形向量。
[0082] 參照圖3,步驟S2,具體包括S21?S23 ;
[0083] S21、讀取特征點集合中的第一個特征點TO ;
[0084] S22、遍歷修復(fù)體模型上的所有頂點后，獲得與第一個特征點TO的距離平方值最 小的頂點P0作為第一個特征點TO的投影點；
[0085] S23、依次讀取特征點集合中的其它特征點Tx，W第一個特征點TO的投影點PO為 中屯、點，依次遍歷中屯、點P0的N環(huán)鄰域點，并將該些頂點中與讀取的特征點Tx之間的距離 平方值最小的頂點Px作為該特征點的投影點；Tx指T1，T2, T3, T4…；
[0086] 其中，N=l，2,3，…，N〇;N。為預(yù)設(shè)的正整數(shù)。
[0087] 圖3中，T0, T1，T2, T3, T4…均表示特征點，圖3中第一圈加粗線上的頂點表示P0 的1環(huán)鄰域點，第二圈加粗線上的頂點表示P0的2環(huán)鄰域點。
[008引依次遍歷中屯、點P0的N環(huán)鄰域點的過程如下；依次遍歷中屯、點P0的所有1環(huán)鄰 域點后，遍歷中屯、點的2環(huán)鄰域點，遍歷完后再遍歷中屯、點的3環(huán)鄰域點，…最后遍歷中屯、 點的N。環(huán)鄰域點。
[0089] 步驟S21?S23中獲得特征點的投影點的方法，只需要將第一個特征點TO與修復(fù) 體模型上的所有頂點進行對比，而其他特征點T1，T2，T3,…在拓撲結(jié)構(gòu)上有一定的聚集關(guān) 系，所W查找到第一個特征點TO的投影點P0后只需W P0作為中屯、點向外遍歷中屯、點的N 環(huán)鄰域捜索其他特征點對應(yīng)的投影點，無需遍歷修復(fù)體模型的所有頂點，大大減少了計算 量，提升了獲取特征點的投影點的效率。
[0090] 步驟S3,具體包括S31?S33 ;
[0091] S31、在每個投影點對應(yīng)的變形區(qū)域中，W該投影點為中屯、，依次遍歷該投影點的N 環(huán)鄰域點，即依次遍歷的1環(huán)鄰域點，2環(huán)鄰域點，…，N。環(huán)鄰域點，遍歷過程中并將所遍歷 的每個頂點的路徑信息均存儲到FIFO中；該里，每個頂點的路徑信息指該頂點到投影點的 最短路徑；
[0092] S32、依次從FIFO中讀取一個頂點的路徑信息后，計算該頂點到其對應(yīng)的投影點 的拓撲距離L并判斷該拓撲距離L是否小于或等于變形半徑R，若是，將該頂點作為投影點 的變形點，否則，將該頂點剔除；換句話說，即剔除掉L > R的頂點；
[0093] S33、重復(fù)執(zhí)行步驟S32,直到FIFO讀取完畢后，獲得該投影點對應(yīng)的所有變形點；
[0094] 其中，所述變形半徑是指預(yù)設(shè)的投影點對應(yīng)的變形區(qū)域的半徑，N = 1，2,3,…， Ne;N。為預(yù)設(shè)的正整數(shù)。
[0095] 本實施例中，每個投影點均獨立使用一個FIFO進行數(shù)據(jù)讀寫。圖4中所示的拓撲 結(jié)構(gòu)中，A為投影點，B、C、D、E、F、G分別為投影點A在其對應(yīng)的變形區(qū)域中的1環(huán)鄰域點 或2環(huán)鄰域點，執(zhí)行步驟S31對圖4中的頂點進行遍歷后，獲得的FIFO模型如圖5所示，該 模型中，F(xiàn)IFO的每個數(shù)據(jù)單元包括四個參數(shù)；起點、終點、投影點與終點的最短路徑值W及 起點到終點的長度，即FIFO的數(shù)據(jù)單元為一個結(jié)構(gòu)體，定義為：
[0096]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法，其特征在于，包括： 51、 讀取待操作的修復(fù)體模型，同時輸入特征點集合； 52、 將特征點集合中的所有特征點投影到變形曲面，獲得每個特征點對應(yīng)的投影點； 53、 計算每個投影點對應(yīng)的變形區(qū)域中的每個頂點與該投影點之間的拓撲距離，進而 篩選獲得該投影點對應(yīng)的所有變形點； 54、 根據(jù)密度函數(shù)計算變形點的變形向量； 55、 根據(jù)計算出的變形向量對變形點進行變形操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法，其特征在 于，所述步驟S2,包括： 521、 讀取特征點集合中的第一個特征點； 522、 遍歷修復(fù)體模型上的所有頂點后，獲得與第一個特征點的距離平方值最小的頂點 作為第一個特征點的投影點； 523、 依次讀取特征點集合中的其它特征點，以第一個特征點的投影點為中心點，依次 遍歷中心點的N環(huán)鄰域點，并將這些頂點中與讀取的特征點之間的距離平方值最小的頂點 作為該特征點的投影點； 其中，N=l，2,3，…，NQ;NQ為預(yù)設(shè)的正整數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法，其特征在 于，所述步驟S3,包括： 531、 在每個投影點對應(yīng)的變形區(qū)域中，以該投影點為中心，依次遍歷該投影點的N環(huán) 鄰域點，并將所遍歷的每個頂點的路徑信息均存儲到FIFO中； 532、 依次從FIFO中讀取一個頂點的路徑信息后，計算該頂點到其對應(yīng)的投影點的拓 撲距離，并判斷該拓撲距離是否小于或等于變形半徑，若是，將該頂點作為投影點的變形 點，否則，將該頂點剔除； 533、 重復(fù)執(zhí)行步驟S32,直到FIFO讀取完畢后，獲得該投影點對應(yīng)的所有變形點； 其中，所述變形半徑是指預(yù)設(shè)的投影點對應(yīng)的變形區(qū)域的半徑，N = 1，2,3,…， 為預(yù)設(shè)的正整數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法，其特征在 于，所述FIFO的每個數(shù)據(jù)單元包括四個參數(shù)：起點、終點、投影點與終點的最短路徑值以及 起點到終點的長度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法，其特征在 于，所述步驟S4,包括： 541、 對每個變形點，根據(jù)下式計算其密度函數(shù)： F(x) = (x2-l)2(x G [0,1]) 上式中，F(xiàn)(x)表示變形點的密度函數(shù)，x = L/R，L表示該變形點到其對應(yīng)的投影點的 拓撲距離，R表示變形半徑； 542、 根據(jù)下式計算變形點的變形向量： Vec(pt) =F(x) ? {Cnew (vt)-Cold (vt)} 上式中，Vec(pt)表示變形點的變形向量，CnOT(vt)表示該變形點對應(yīng)的投影點， Cold(vt)表示該投影點對應(yīng)的特征點。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于特征點的義齒修復(fù)表面快速變形方法，其特征在 于，所述步驟S5,其具體為： 根據(jù)計算出的變形向量，結(jié)合下式對變形點進行變形操作： pt，= pt+Vec (pt) 上式中，Pt代表變形點，pt'代表對變形點進行變形操作后得到的頂點，Vec(pt)代表 變形點的變形向量。
【文檔編號】G06T5/00GK104504665SQ201410841521
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】王煜, 張繼偉, 夏鴻建, 馬杰, 孫秦英 申請人:佛山市諾威科技有限公司