浅论基于质点弹簧模型的牙齿移动仿真.docx
《浅论基于质点弹簧模型的牙齿移动仿真.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《浅论基于质点弹簧模型的牙齿移动仿真.docx(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、浅论基于质点弹簧模型的牙齿移动仿真【摘要】 目的: 研究口腔数字化正畸矫治中的牙齿虚拟移动仿真技术,为制作透明隐形矫治器过程中一系列母模的数字化建模设计作准备。方法:首先,利用三维非接触测量设备采集全口牙石膏模型11的三维点云数据,并构建数字化全口牙数字模型;然后采用质点弹簧模型模拟牙齿的虚拟移动;最后采用VC+和Hoops图形库开发虚拟仿真程序软件。结果:牙齿移动、旋转的仿真方法基本可以满足数字化正畸牙齿虚拟移动的要求。结论:使用光学测量设备采集标准牙模石膏数据并重构出模型曲面,采用质点弹簧模型对牙齿移动进行仿真的方法是可行的、有效的,为研发国产正畸透明隐形矫治器的制作积累了经验。【关键词】
2、 三维测量牙齿移动弹簧质点模型Abstract: Objective To explore the simulation technology of tooth movement during the virtual orthodontic treatment and help the doctor rapidly design the shape of invisible tooth aligner. Methods Firstly, a plaster model was measured by the 3Doptical measuring system and the mesh sur
3、face was reconstructed from cloud data. Secondly, the springmass model was used to simulate the tooth displacement. Finally, the software prototype was developed using VC+ and Hoops graphics library. Results The movement and rotation of tooth met the requirement of the digital orthodontic treatment.
4、 Conclusion The method of tooth movement based on springmass model is feasible and efficient, which provides the basis for the simulation and planning of orthodontic treatment.Key words:3D measurement; tooth movement; springmass model隐形矫治系统是三维测量技术、计算机技术以及快速成型技术完美的产物,使用该系统可以为患者制作个性化透明牙套,实现舒适、隐形的矫治过程,
5、并能模拟整个矫治过程,提前预测矫治结果。在矫治过程中,牙齿在矫治力的作用下位置发生改变,牙龈也随之产生变形,矫治结果的预测需要模拟牙齿移动的变化,包含牙齿位置变换和牙龈变形两个部分。牙齿位置的移动属于刚体运动,通过坐标线性转换完成,而牙龈变形是牙齿移动仿真的难点之一,属于人体变形1的范畴。人体变形是指人体在自身运动或受到外力作用时,骨骼(刚体)改变位置而导致肌肉或皮肤等软组织发生的形状改变。在隐形矫治系统中,牙龈变形仿真要在满足计算实时性的前提下保证良好的真实感。目前的口腔正畸系统,如Align公司的Invisalign系统2、Cadent公司的OrthoCAD系统3等都具有牙齿移动过程中牙龈
6、跟随变形的仿真模拟。国内仅有首都医科大学的白玉兴等开发了国内首个无托槽矫治系统,并开展了临床试验4。但文献中还未见到有相关牙齿移动仿真相关技术研究的报道。 牙齿移动过程中牙龈变形是牙齿移动仿真的关键部分之一,属于软组织变形模拟,主要有质点弹簧建模法和有限元建模法两种仿真方法。这两种方法都是将连续的几何体在空间上离散化,把无限问题转化为有限问题,通过求解相应的微分方程得到问题的近似解。质点弹簧模型由于结构简单易用、算法容易实现并且计算复杂度低,已被广泛应用于许多领域。而有限元模型可伸缩性好,可以很方便地用相同的网格结构实现对不同复杂程度和精度的计算,而且模型的参数易于调节,能够方便地实现材质的各
7、种属性。但是存在的主要问题是涉及大量复杂的计算,计算复杂度高。有许多学者对相似的软组织变形进行了研究。Nedel等5使用质点弹簧模型构造肌肉体,将拉格朗日动力学方程应用于该模型,然后使用龙格库塔法来求解动力学方程,模拟了肌肉体的变形效果。Zhu等6将八结点六面体为单元的线性有限元法应用于拉格朗日动力学方程,同样模拟了肌肉的变形。Wilhelms等7使用质点弹簧模型模拟了皮肤的变形。Keeve等8使用有限元方法模拟了面部组织的变形。本研究在分析牙颌模型数据表示方式的基础上,考虑到计算效率,采用质点弹簧模型仿真模拟牙齿的刚性移动和牙龈的弹性变形过程,显示牙齿的虚拟移动。 1 材料与方法 材料与设备
8、 使用国产3D CaMega 光学三维扫描系统采集牙颌石膏模型三维数据。该光学三维扫描系统利用精密机械系统精确移动定位实现对物体进行多方位、多角度的拍摄,生成全面、统一的三维型面点云数据。测量主要参数:单次拍摄范围30 mm24 mm,拍摄距离175 mm,X、Y分辨率 mm,图像分辨率12801024,测量精度 mm,测量密度130万点,快门 s。本研究使用的微型计算机配置:PIVG,512 M内存,120 G硬盘,GeForce2 MX440显卡,32 M显存。选取翻制硬石膏模型开展试验 模型数字化 全口牙列的三维测量提供了一种对患牙模型进行数字化的手段,为后续探测牙弓线、牙齿移动变形等提
9、供了基础数据。本研究采用光学三维扫描系统对牙齿石膏模型进行测量,测量原理如图1所示。测量头主要由1个投影装置和1个数码摄像机组成。测量时,将石膏备牙体装夹在工作平台上,投影装置投射一组光栅到石膏牙体表面,光栅的条纹会随着牙体表面的高度起伏而发生弯曲、变形,弯曲变形的程度包含了牙体的高度信息,通过反射由摄影机采集条纹和图像,经三维图像处理软件,对条纹图像进行处理,计算生成三维数据。 三维光学测量系统扫描获取的数据是石膏模型表面的点云数据。在测量过程中存在牙齿的重叠、遮挡等,需要进行多视角测量并对多次测量的数据进行拼接,对扫描得到的点云数据进行处理并三角化之后得到三角网格模型。由于在测量中不可避免
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 质点 弹簧 模型 牙齿 移动 仿真
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【人****来】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【人****来】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。