[发明专利]一种三维牙颌模型渲染方法

说明书

技术领域

本发明涉及了数字口腔领域，尤其是涉及了一种三维牙颌模型渲染方法，具体地说是有关牙齿和牙龈的数字化模型渲染的方法。

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。在隐形牙齿矫治时，矫治器制造方会利用三维模型处理的相关技术模拟患者佩戴牙套后，牙齿在口腔中发生的位置变化。并将三维模拟的治疗方案向口腔正畸医生展示，方便医生评价治疗方案，得到最优的治疗效果。同时，治疗方案也向患者进行展示，已期获得更好的治疗配合。在模拟治疗方案中，真实的牙颌三维渲染效果可以帮助口腔医生更好的观测、测量牙齿的特征，也使患者更容易理解和接受。现有渲染方法大多采用单一的着色方式，即整个牙齿具有统一的颜色，渲染的结果具有立体感不强，真实感欠缺等缺点。因此需要提供一种更为真实的牙颌模型渲染方法。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供了一种真实的牙颌三维模型的渲染方法，具有较强真实感。

为实现上述目的，如图1所示，本发明采用的技术方案为：

1)输入三维牙颌模型，三维牙颌模型包括牙齿模型和牙龈模型；

2)构建纹理图片，并将纹理图片赋予到三维牙颌模型上，获得三维牙颌模型在视图中所显示的每个像素点的纹理颜色；

3)将三维牙颌模型置于点光源的光照下，对牙齿模型和牙龈模型分别采用不同的片段着色器(FragmentShader)，综合纹理信息、光照信息、牙颌材质信息的参数信息对三维牙颌模型在视图中所显示的每个像素点的颜色进行计算，获得最终显示颜色并渲染；

纹理信息是指步骤2)所得的纹理颜色结果。

牙颌材质信息是指牙齿模型和牙龈模型的基本底色。

光照信息是指点光源照射到牙齿模型后，计算获得的镜面反射光颜色及其区域位置和散射光颜色及其区域位置。

4)利用眩光处理方法对渲染的背景进行处理，加深渲染效果。

本发明所述的目标为三维牙颌模型，背景为三维牙颌模型以外外围的显示区域。

所述步骤2)具体是：

2.1)将输入的三维牙颌模型展开变换为一个二维平面图，使得参数化，三维牙颌模型中每个网格点对应到二维平面图的一个点坐标；

具体实施中，所述的二维平面为圆形或长方形。

2.2)处理纹理图片使其和二维平面图尺寸匹配，再将纹理图片的颜色赋予到二维平面图上作为纹理颜色，使得二维平面图上各个点的颜色与纹理图片中位于相同位置的像素点颜色相同；

2.3)再将赋予颜色后的二维平面图变换回三维牙颌模型。从而三维牙颌模型上每个网格点对应于纹理图片上的UV坐标点。

所述的纹理图片是患者口内照片的局部区域或者自定义构建的渐变图片。

一种实施方式所采用的纹理图片为靠近牙根区到牙尖区域颜色逐步由偏黄向偏白过度的矩形区域，矩形区域的长边沿牙齿模型的主轴，即牙根区到牙尖方向。一种可行的选择是，矩形区域沿长边从底部到顶部从RGB分量为(203,164,131)的棕黄色向RGB分量为(252,250,249)的浅白色逐步过度。

一种实施方式所采用的纹理图片为选择患者口内照片的局部区域，口内照片为患者牙齿的水平平视拍摄的照片，使得渲染结果真实。如图2所示，沿患者牙齿的主轴，截取合适大小的矩形区域，以此区域的图片作为纹理图片。

所述步骤3)具体是包括；

选择光照模型，利用光照模型计算点光源分别照射到三维牙颌模型的牙齿模型和牙龈模型上产生的镜面反射光颜色和散射光颜色，再把镜面反射光颜色和散射光颜色与步骤2)的纹理颜色、牙齿模型和牙龈模型各自的底色相叠加形成三维牙颌模型的最终显示颜色。

光照模型是指点光源照射到三维牙颌模型上的散射和反射的颜色计算模型。选择光照模型要综合考虑权利2所述生成的纹理信息、牙颌材质信息、光照信息。

本发明是四个颜色的叠加：纹理颜色、镜面反射光颜色、散射颜色和底色，牙齿模型和牙龈模型的底色不同。

所述步骤3)中获得最终显示颜色公式如下：

采取以下公式计算牙颌模型在视图中所显示的每个像素点的颜色，每个点的颜色由底色、纹理颜色、散射光颜色和反射光颜色四部分组成：

其中，ambient为底色和纹理颜色的融合颜色，diffuse为散射光颜色，specular为镜面反射光颜色，k为散射光所占比例因子，比例因子k位于0到1之间，n和l分别为所需计算颜色的像素点的法向和光照方向，r_s为镜面反射因子；