精修牙齒模型的3D圖形仿真.pdf

1、隨著三維數(shù)字化技術(shù)及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的飛速發(fā)展，仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有越來(lái)越多的應(yīng)用。利用三維圖形技術(shù)可以便利的得到高精度的三維模型。如何對(duì)這些模型進(jìn)行形狀分析與比較，如何對(duì)這些模型進(jìn)行變形并且有真實(shí)感的交互操作，成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與醫(yī)學(xué)的多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。它們?cè)卺t(yī)生手術(shù)培訓(xùn)以及計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。老的牙科手術(shù)訓(xùn)練是“看一個(gè)做一個(gè)教一個(gè)”，正在被“看一個(gè)練習(xí)多次做一個(gè)教一個(gè)”替換，因?yàn)樵谶M(jìn)行一次真正的牙科手術(shù)

2、之前允許學(xué)員隨意練習(xí)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的訓(xùn)練外科手術(shù)。 本文用四層樹(shù)形結(jié)構(gòu)的三角網(wǎng)格來(lái)建立牙齒三維數(shù)據(jù)模型；并用圓錐形車(chē)針在牙齒的邊界表示模型上仿真精修牙齒的變形過(guò)程。本文主要完成了三個(gè)方面的工作： 1、研究了牙齒邊界表示模型的四層樹(shù)形結(jié)構(gòu)。該四層樹(shù)形結(jié)構(gòu)是頂點(diǎn)層，三角面層，帶層和體層的金字塔結(jié)構(gòu)，是一種基于頂點(diǎn)的邊界表示法，它把頂點(diǎn)-三角面-帶-體的信息分層記錄，并建立了層間和層內(nèi)部結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。該結(jié)構(gòu)很好地滿(mǎn)足了后續(xù)的變

3、形操作的要求。 2、研究了基于邊界表示模型的牙齒與車(chē)針的碰撞檢測(cè)方法。由于牙齒是特殊凹體，本文的牙齒模型是要求精確求交且會(huì)不斷更新，所以常規(guī)的層次包圍體樹(shù)法(hierarchicalboundingvolumetrees)的碰撞檢測(cè)方法都不適用于本模型。本文的碰撞檢測(cè)算法利用了仿射坐標(biāo)系的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)代表車(chē)針的線段和三角網(wǎng)格的參數(shù)方程的求解來(lái)完成碰撞檢測(cè)。本文將檢測(cè)到的碰撞分為四類(lèi)：?jiǎn)蚊媾鲎?，單帶碰撞，二帶二面碰撞和多帶多面碰?/p>

4、。 3、研究了牙齒在車(chē)針“鉆”操作下的變形方法。在檢測(cè)到碰撞位置后，如果車(chē)針觸點(diǎn)所在帶的帶寬小于某個(gè)閾值，只是改變帶的某些三角網(wǎng)格頂點(diǎn)的位置，否則四種碰撞類(lèi)型根據(jù)帶寬與碰撞直徑之間的關(guān)系來(lái)進(jìn)行四種帶的分裂(一分四、一分二和二分四)；分裂的本質(zhì)就是用五棱錐或六棱錐來(lái)模擬車(chē)針鉆的小凹處。 本文在上述研究的基礎(chǔ)上用JAVA3D研制了一個(gè)牙醫(yī)精修牙齒表面的交互原型系統(tǒng)。仿真車(chē)針鉆牙齒表面的測(cè)試表明碰撞交點(diǎn)精確，“鉆”操作的實(shí)時(shí)性