[发明专利]一种基于调和场算法的三维牙齿网格数据的分割方法

说明书

本发明涉及一种基于调和场算法的三维牙齿网格数据的分割方法，导入一个三维牙齿网格数据，对三维牙齿网格数据中要分割的每颗牙齿依次拾取两点，确定要分割的每颗牙齿的前景约束点和后景约束点；判断三维牙齿网格数据中的顶点是否处于凹面，进而确定顶点的凹面信息；计算三维牙齿网格数据中顶点的高斯曲率值；计算基于调和场算法中的调和场标量值；计算出未知系数矩阵x；通过边界轮廓阈值划分处理得到要分割的每颗牙齿的分割边界轮廓并对所述分割边界轮廓进行光滑处理，最终完成了三维牙齿网格数据的分割。本发明很好的解决了因牙齿边界不明显造成分割错误的现象，此外能够对缺牙、拥挤度高等情况的牙齿有较好的分割效果，健壮性高。

技术领域

本发明涉及一种基于调和场算法的三维牙齿网格数据的分割方法，三维网格分割技术领域。

背景技术

随着经济生活的发展，人们对牙齿的美观有着极大的追求。然而，在我国大概有20％-30％的人有着牙齿不齐的状况，人们对牙齿的正畸需求会越来越高。传统的牙齿矫正方案如带钢牙套，不仅对患者的饮食带来不便，更会影响患者在治疗期间的美观。近年来，3D打印的隐形牙套应运而生，给患者来了很大的方面。在医学牙齿临床正畸过程中，精确的牙齿分割是极其至关重要的一步。然而，对于牙齿分割中的牙齿边界确定并不是一项简单的任务，因为在临床实验上不同患者的牙齿之间的形状、拥挤度、排列等有着很大的区别，这对于能够处理所有牙齿分割的方案带来很大的复杂度。

传统的牙齿分割算法是按照顶点的平均曲率信息，比如由Kan Wu,LiChen,JingLi,YanhengZhou发表的文章《Tooth segmentation on dental meshes usingmorphologic skeleton》中就是使用了这种算法，因为顶点的平均曲率信息反映出了牙齿边界的特征，然后经过对顶点的曲率进行阈值处理我们会得到特征点，对这些特征点运用形态学调整以及区域增长后将会得到牙齿、牙龈边界实现牙齿分割，这也是一种非常常用的网格分割算法。然而，对于一些扫描后的牙齿模型的边界处的曲率不明显，换句话说就是牙齿边界比较光滑，这种分割算法就会出现少分割或过分割等错误，牙齿的分割结果对牙齿的曲率信息依赖性大，程序不够健壮。

网格分割算法较多，但是在三维网格牙齿数据上进行牙齿分割的可使用的算法较少，并且有的分割算法中交互操作较多，对使用者来说成本较高。此外，有的不能够适应各种形状的牙齿分割，比如根据网格顶点的曲率信息进行分割，会产生少分割、多分割现象，分割算法不够健全。

为解决这种曲率不明显的情况，需要桥接工具，对于一颗牙齿上的噪声点所构成的闭环特征点，需要删除工具，比如专利201610065608.1提出了牙齿三维网格数据的分割方法及装置发明创造，通过这些交互才能够保证牙齿分割的正确性。此外，这种交互需要使用者有较高的牙齿医学解剖常识、计算机熟练操作等知识，学习成本比较高。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于调和场算法的三维牙齿网格数据的分割方法，基于调和场算法，交互比较少且交互简单，并且不依赖牙齿的复杂度，很好的解决了因牙齿边界不明显造成分割错误的现象，此外能够对缺牙、拥挤度高等情况的牙齿有较好的分割效果，健壮性高。

本发明技术解决方案：一种基于调和场算法的三维牙齿网格数据的分割方法，包括以下步骤：

第一步，导入一个三维牙齿网格数据，对所述三维牙齿网格数据中要分割的每颗牙齿依次拾取两点，确定要分割的每颗牙齿的前景约束点和后景约束点；判断三维牙齿网格数据中的顶点是否处于凹面，进而确定顶点的凹面信息；计算三维牙齿网格数据中顶点的高斯曲率值；

第二步，根据第一步中的前景约束点、后景约束点、顶点的凹面信息、顶点的高斯曲率值，计算基于调和场算法中的调和场标量值；由基于调和场算法中的调和场标量值构造三维牙齿网格数据的拉普拉斯矩阵L，惩罚因子矩阵P，系数矩阵b；