基于数字化牙模表面形状特征的边界自动提取

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本文首先列举了当前逆向工程中模型数字化的常用方法,并对这些方法进行简要分析。对CT法、激光扫描法和层析法这三种方法获得的数字化牙颌模型进行了实验。通过实验发现激光扫描法和层析法获得的模型精度能够满足后续处理的要求,而CT法不能满足精度上的要求。最终选用了层析法获得的数字化牙颌模型进行后续的实验。完成数字化后得到的STL文件记录了模型的表面信息。 然后本文简要说明了STL文件的数据格式,并指出STL文件的两点缺陷:数据冗余和缺少拓扑信息。因为在后续处理中需要用到模型中每个顶点的所属平面和相邻顶点等信息,所以在对数字化牙颌模型操作前需要进行拓扑重建。但由于牙颌模型的数据量很大,所以在拓扑重建过程中耗时很多,主要的时间是消耗在重复顶点的查找上。通常,加快查找的方法有平衡二叉树法、哈希表法等。本文采用了平衡二叉树法加快顶点的查找,从而大大提高了拓扑重建的速度。并设计了相应的数据格式保存拓扑信息,为今后对模型的各种计算和操作做好了准备。 参考一般对三角网格模型分割的方法,并针对数字化牙颌模型表面结构比较复杂、数据量较大等特点,本文提出采用离散曲率估算和凹凸性估算的方法对牙齿边界进行自动提取。通过实验发现离散曲率估算的方法能够较好的检测出模型的表面特征,但是对于牙齿边界的检测来说效果并不理想:而凹凸性估算的方法效果相对较好,可基本检测出牙齿边界。随后对检测出的边界点进行处理,把每一处相邻的边界点归纳为一条边界线,实现了对牙齿边界的提取。同时对每条边界线的顶点数进行判断,去除顶点数较少的边界线,从而有效的去除了噪声,实现了边界的初步提取。最后比较了实际边界线和伪边界线之间的形状差异,对初步提取的边界线进行修正。完成了牙齿边界的自动提取。
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