本發(fā)明涉及圖像數(shù)據(jù)處理，具體涉及基于3d掃描的口腔仿真動(dòng)畫生成設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

1、口腔牙齒的健康逐漸受到人們的關(guān)注。醫(yī)生在給患者進(jìn)行牙齒建模時(shí)，需要先獲取患者的口腔牙齒的仿真動(dòng)畫，才能進(jìn)一步判斷患者牙齒產(chǎn)生病變的原由，進(jìn)而給出合理的治療方案。隨著3d建模技術(shù)的完善以及結(jié)構(gòu)光技術(shù)的成熟，采用3d掃描的方式建立牙齒模型進(jìn)而生成口腔牙齒的仿真動(dòng)畫逐漸成為主流。

2、相關(guān)技術(shù)中，在生成口腔牙齒仿真動(dòng)畫時(shí)，需要對(duì)口腔內(nèi)3d掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格重建，然而口腔內(nèi)環(huán)境較為復(fù)雜，使用統(tǒng)一的邊折疊策略在對(duì)表面重建模型進(jìn)行網(wǎng)格簡(jiǎn)化時(shí)會(huì)產(chǎn)生細(xì)節(jié)丟失，使得3d掃描技術(shù)在捕捉口腔牙齒結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)精度不夠的問題，導(dǎo)致口腔牙齒模型在仿真動(dòng)畫中不夠精確。因此，亟需開發(fā)一種基于3d掃描的口腔仿真動(dòng)畫生成設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決通過邊折疊策略對(duì)表面重建模型進(jìn)行網(wǎng)格簡(jiǎn)化的細(xì)節(jié)丟失影響建模精確性的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供基于3d掃描的口腔仿真動(dòng)畫生成設(shè)備及方法，所采用的技術(shù)方案具體如下：

2、第一方面，本發(fā)明提供一種基于3d掃描的口腔仿真動(dòng)畫生成設(shè)備，所述口腔仿真動(dòng)畫生成設(shè)備包括：

3、獲取模塊，用于獲取牙齒點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述牙齒點(diǎn)云數(shù)據(jù)為由離散點(diǎn)組成的數(shù)據(jù)，每個(gè)離散點(diǎn)由三維空間中三維坐標(biāo)表示；

4、構(gòu)建模塊，用于基于所述牙齒點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建牙齒表面模型，所述牙齒表面模型為將所述離散點(diǎn)進(jìn)行合并和連接得到的三角形網(wǎng)格，所述三角形網(wǎng)格包括結(jié)構(gòu)點(diǎn)和連接邊；

5、折疊模塊，用于對(duì)牙齒表面模型進(jìn)行網(wǎng)格折疊簡(jiǎn)化處理，得到牙齒仿真模型，其中，折疊模塊包括：

6、（1）規(guī)整度確定單元，用于根據(jù)牙齒表面模型中局部區(qū)域的曲率變化，確定局部區(qū)域的規(guī)整度，基于所述局部區(qū)域規(guī)整度將局部區(qū)域劃分為關(guān)鍵局部區(qū)域和不關(guān)鍵局部區(qū)域，所述不關(guān)鍵局部區(qū)域的局部規(guī)整度大于或等于規(guī)整閾值，所述關(guān)鍵局部區(qū)域的局部規(guī)整度小于規(guī)整閾值，所述局部區(qū)域?yàn)橄噜弮蓚€(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)中的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)所在的三角形網(wǎng)格構(gòu)成的區(qū)域；

7、（2）優(yōu)選程度確定單元，用于根據(jù)不關(guān)鍵局部區(qū)域之間的網(wǎng)格密度變化、相鄰的不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊之間的長(zhǎng)度差異以及不關(guān)鍵局部區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)誤差（quadricerror?metrics，qem），確定折疊邊和折疊頂點(diǎn)的優(yōu)選程度，以進(jìn)行簡(jiǎn)化折疊；

8、（3）折疊單元，用于根據(jù)所述折疊邊和折疊頂點(diǎn)的優(yōu)選程度對(duì)應(yīng)的折疊邊和折疊頂點(diǎn)，對(duì)所述牙齒表面模型進(jìn)行第一次網(wǎng)格折疊，得到一次折疊后的不關(guān)鍵局部區(qū)域；

9、（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化失真度確定單元，用于根據(jù)折疊前和一次折疊后的不關(guān)鍵局部區(qū)域的局部變化，確定不關(guān)鍵局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化失真度，所述局部變化包括三角形網(wǎng)格的形狀比例變化；

10、（5）重復(fù)執(zhí)行單元，用于響應(yīng)于不關(guān)鍵局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化失真度小于失真閾值，對(duì)不關(guān)鍵局部區(qū)域重復(fù)執(zhí)行規(guī)整度確定單元至結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化失真度確定單元的操作，直至不關(guān)鍵局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化失真度大于或等于失真閾值，得到牙齒仿真模型；

11、生成模塊，用于基于所述牙齒仿真模型，生成口腔仿真動(dòng)畫。

12、在一些實(shí)施例中，所述規(guī)整度確定單元包括：

13、規(guī)整度計(jì)算子單元，用于根據(jù)牙齒表面模型中局部區(qū)域的曲率變化，得到局部區(qū)域的規(guī)整度；

14、劃分子單元，用于根據(jù)所述局部區(qū)域的規(guī)整度，將局部區(qū)域劃分為關(guān)鍵局部區(qū)域和不關(guān)鍵局部區(qū)域。

15、在一些實(shí)施例中，根據(jù)如下公式，得到局部區(qū)域的規(guī)整度：

16、；

17、式中，表示當(dāng)前局部區(qū)域的規(guī)整度，表示當(dāng)前局部區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)點(diǎn)的數(shù)量，表示對(duì)當(dāng)前局部區(qū)域進(jìn)行最小二乘法擬合處理得到的當(dāng)前局部區(qū)域的擬合曲面中第個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)的曲率，表示對(duì)當(dāng)前局部區(qū)域進(jìn)行最小二乘法擬合處理得到的當(dāng)前局部區(qū)域的擬合曲面中所有結(jié)構(gòu)點(diǎn)的曲率均值，表示對(duì)當(dāng)前局部區(qū)域進(jìn)行最小二乘法擬合處理得到的當(dāng)前局部區(qū)域的擬合曲面中結(jié)構(gòu)點(diǎn)的曲率的極差，表示當(dāng)前局部區(qū)域內(nèi)所有結(jié)構(gòu)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的曲率按照從小到大進(jìn)行排列后得到的曲率序列中結(jié)構(gòu)點(diǎn)的數(shù)量，表示所述曲率序列中第個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)的曲率，表示所述曲率序列中第個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)的曲率，表示以自然常數(shù)表示底的指數(shù)函數(shù)，用于進(jìn)行負(fù)相關(guān)映射和歸一化處理，表示所述曲率序列中結(jié)構(gòu)點(diǎn)的序號(hào)。

18、在一些實(shí)施例中，所述優(yōu)選程度確定單元包括：

19、網(wǎng)格密度變化計(jì)算子單元，用于確定不關(guān)鍵局部區(qū)域之間的網(wǎng)格密度變化；

20、長(zhǎng)度差異計(jì)算子單元，用于確定相鄰的不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊之間的長(zhǎng)度差異；

21、優(yōu)選程度計(jì)算子單元，用于確定折疊邊和折疊頂點(diǎn)的優(yōu)選程度。

22、在一些實(shí)施例中，根據(jù)如下公式，確定不關(guān)鍵局部區(qū)域之間的網(wǎng)格密度變化：

23、；

24、式中，表示當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域的網(wǎng)格密度變化值，表示與當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域相鄰的不關(guān)鍵局部區(qū)域的數(shù)量，表示當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域中三角形網(wǎng)格的密度，表示與當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域相鄰的第個(gè)不關(guān)鍵局部區(qū)域中三角形網(wǎng)格的密度，表示符號(hào)函數(shù)。

25、在一些實(shí)施例中，根據(jù)如下公式，確定相鄰的不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊之間的長(zhǎng)度差異：

26、；

27、式中，表示當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊的長(zhǎng)度和與當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域中相鄰的不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊的長(zhǎng)度之間差異，表示與當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域相鄰的不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊的數(shù)量，表示當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊的長(zhǎng)度，表示與當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域相鄰的第個(gè)不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊的長(zhǎng)度，表示與當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域相鄰的不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊的序號(hào)。

28、在一些實(shí)施例中，根據(jù)如下公式，確定折疊邊和折疊頂點(diǎn)的優(yōu)選程度：

29、；

30、式中，表示當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊上第個(gè)位置的折疊優(yōu)選程度，表示當(dāng)前不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊上第個(gè)位置的幾何結(jié)構(gòu)誤差，表示線性歸一化函數(shù)，用于歸一化處理。

31、在一些實(shí)施例中，根據(jù)如下公式，確定不關(guān)鍵局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化失真度：

32、；

33、式中，表示經(jīng)過一次折疊后的不關(guān)鍵局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化失真度，表示在不關(guān)鍵局部區(qū)域中共有折疊頂點(diǎn)的所有三角形網(wǎng)格的數(shù)量，表示在不關(guān)鍵局部區(qū)域中共有折疊頂點(diǎn)的第個(gè)三角形網(wǎng)格的每?jī)蓷l連接邊的排列組合的數(shù)量，表示在不關(guān)鍵局部區(qū)域中共有折疊頂點(diǎn)的第個(gè)三角形網(wǎng)格中第個(gè)排列組合中兩條連接邊的長(zhǎng)度比值，表示線性歸一化函數(shù)，用于歸一化處理。

34、在一些實(shí)施例中，在所述獲取模塊之后，所述口腔仿真動(dòng)畫生成設(shè)備還包括：

35、預(yù)處理模塊，用于通過離群點(diǎn)檢測(cè)算法對(duì)牙齒點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行離群點(diǎn)過濾預(yù)處理。

36、第二方面，本發(fā)明提供一種基于3d掃描的口腔仿真動(dòng)畫生成方法，所述口腔仿真動(dòng)畫生成方法包括：

37、步驟201，獲取牙齒點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述牙齒點(diǎn)云數(shù)據(jù)為由離散點(diǎn)組成的數(shù)據(jù)，每個(gè)離散點(diǎn)由三維空間中三維坐標(biāo)表示；

38、步驟202，基于所述牙齒點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建牙齒表面模型，所述牙齒表面模型為將所述離散點(diǎn)進(jìn)行合并和連接得到的三角形網(wǎng)格，三角形網(wǎng)格包括結(jié)構(gòu)點(diǎn)和連接邊；

39、步驟203，對(duì)牙齒表面模型進(jìn)行網(wǎng)格折疊簡(jiǎn)化處理，得到牙齒仿真模型，網(wǎng)格折疊簡(jiǎn)化處理步驟包括：

40、步驟2031，根據(jù)牙齒表面模型中局部區(qū)域的曲率變化，確定局部區(qū)域的規(guī)整度，基于所述局部區(qū)域規(guī)整度將局部區(qū)域劃分為關(guān)鍵局部區(qū)域和不關(guān)鍵局部區(qū)域，所述不關(guān)鍵局部區(qū)域的局部規(guī)整度大于或等于規(guī)整閾值，所述關(guān)鍵局部區(qū)域的局部規(guī)整度小于規(guī)整閾值，所述局部區(qū)域?yàn)橄噜弮蓚€(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)中的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)所在的三角形網(wǎng)格構(gòu)成的區(qū)域；

41、步驟2032，根據(jù)不關(guān)鍵局部區(qū)域之間的網(wǎng)格密度變化、相鄰的不關(guān)鍵局部區(qū)域中連接邊之間的長(zhǎng)度差異以及不關(guān)鍵局部區(qū)域的幾何結(jié)構(gòu)誤差，確定折疊邊和折疊頂點(diǎn)的優(yōu)選程度，以進(jìn)行簡(jiǎn)化折疊；

42、步驟2033，根據(jù)所述折疊邊和折疊頂點(diǎn)的優(yōu)選程度對(duì)應(yīng)的折疊邊和折疊頂點(diǎn)，對(duì)所述牙齒表面模型進(jìn)行第一次網(wǎng)格折疊，得到一次折疊后的不關(guān)鍵局部區(qū)域；

43、步驟2034，根據(jù)折疊前和一次折疊后的不關(guān)鍵局部區(qū)域的局部變化，確定不關(guān)鍵局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化失真度，所述局部變化包括三角形網(wǎng)格的形狀比例變化；

44、步驟2035，響應(yīng)于不關(guān)鍵局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化失真度小于失真閾值，對(duì)不關(guān)鍵局部區(qū)域重復(fù)進(jìn)行步驟2031至步驟2034的操作，直至不關(guān)鍵局部區(qū)域的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化失真度大于或等于失真閾值，得到牙齒仿真模型；

45、步驟204，基于所述牙齒仿真模型，生成口腔仿真動(dòng)畫。

46、本發(fā)明具有如下有益效果：

47、本發(fā)明提供的一種基于3d掃描的口腔仿真動(dòng)畫生成設(shè)備及方法，該設(shè)備包括獲取模塊、構(gòu)建模塊、折疊模塊和生成模塊。獲取模塊，用于獲取牙齒點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以后續(xù)牙齒建模提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；構(gòu)建模塊，用于基于牙齒點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建牙齒表面模型，以賦予牙齒點(diǎn)云數(shù)據(jù)空間結(jié)構(gòu)，直觀掌握牙齒分布；折疊模塊，用于對(duì)牙齒表面模型進(jìn)行網(wǎng)格折疊簡(jiǎn)化處理，得到牙齒仿真模型，以對(duì)牙齒表面模型在保留細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化，減少牙齒仿真模型的構(gòu)建復(fù)雜度，保證牙齒咬合面區(qū)域和牙齒根部區(qū)域的不丟失關(guān)鍵的幾何特征，提升模型構(gòu)建的精確性；生成模塊，用于基于牙齒仿真模型，生成口腔仿真動(dòng)畫，以精準(zhǔn)地反映口腔中牙齒的分布情況。該設(shè)備可以減少模型構(gòu)建的復(fù)雜度，保留牙齒的關(guān)鍵信息，提升牙齒仿真模型的精確性。