一种3d牙模自动摆正方法、系统、装置及存储介质
阅读说明：本技术 一种3d牙模自动摆正方法、系统、装置及存储介质 (Automatic 3D dental model straightening method, system, device and storage medium ) 是由 冯伟 王勇 李鸣 黄鹤源 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种3D牙模自动摆正方法、系统、装置及存储介质,其中方法包括获取3D牙模,识别3D牙模的最大底面,并输出最大底面的法向量；结合3D牙模最大底面法向量和预设第一法向量获取第一旋转数据,根据第一旋转数据旋转3D牙模至第一平面；获取第一平面上3D牙模的轮廓,根据轮廓确定牙齿骨架曲线方程,并输出3D牙模的方向向量；结合3D牙模的方向向量和预设第二法向量获取第二旋转数据,根据第二旋转数据旋转3D牙模至目标位置,将3D牙模通过两次旋转摆放在目标位置,极大的缩短了牙齿模型数据预处理的时间,大大地提高了整个牙齿诊疗流程的效率,从而增强了用户体验,实现了牙齿正畸矫正的自动化流程处理。(The invention discloses a method, a system, a device and a storage medium for automatically righting a 3D dental model, wherein the method comprises the steps of obtaining the 3D dental model, identifying the maximum bottom surface of the 3D dental model and outputting the normal vector of the maximum bottom surface; combining the maximum bottom surface normal vector of the 3D dental model and a preset first normal vector to obtain first rotation data, and rotating the 3D dental model to a first plane according to the first rotation data; acquiring the contour of the 3D dental model on the first plane, determining a tooth skeleton curve equation according to the contour, and outputting a direction vector of the 3D dental model; the direction vector of the 3D dental model and the preset second normal vector are combined to obtain second rotation data, the 3D dental model is rotated to the target position according to the second rotation data, the 3D dental model is placed at the target position through twice rotation, the time for preprocessing the dental model data is greatly shortened, the efficiency of the whole tooth diagnosis and treatment process is greatly improved, orthodontic user experience is enhanced, and automatic process processing of tooth correction is realized.)
技术领域
本发明涉及量测控制技术领域，尤其涉及一种3D牙模自动摆正方法、系统、装置及存储介质。
背景技术
牙齿医疗是绝大多数人不可避免的问题，诸如正畸矫正、种植牙修复、补牙等，传统的牙齿医疗不仅需要医生具备非常高的专业技能及丰富的临床经验，而且纯人工的治疗过程相对缓慢同时治愈的成功率低。伴随科技的进步和社会的发展，在应用领域不同科学技术之间的融合与合作成为大的趋势，其中，计算机技术、量测技术及3D数字化打印技术的深度融合已经被广泛的应用于医疗领域的各个方面，牙齿医疗就是其中的一个热点应用，由此，人们的目光从传统的纯人工的牙齿医疗转向了数字化牙齿医疗。借助高新数字化技术提供的先验知识，以及3D数字化牙齿模型可以更加直观立体的观察口腔内牙齿的情况，极大的提高了牙齿治疗的安全性和成功率。
在目前的牙齿诊疗尤其是正畸矫正的应用场景中，为很好的运用数字化3D牙齿模型进行诊疗，需要先对牙齿模型进行数据预处理，以便后续对牙齿进行精确校正，其中3D牙齿模型摆放的预处理不仅是正畸矫正的关键步骤，而且占据了整个诊疗流程的大部分时间，为了提高整个诊疗流程的效率，增强用户体验，需要缩短牙齿模型数据的预处理时间，目前正畸矫正的自动化技术尚属于空白。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种3D牙模自动摆正方法、系统、装置及存储介质。
本发明所采用的第一技术方案是：
一种3D牙模自动摆正方法，包括以下步骤：
获取3D牙模，识别3D牙模的最大底面，并输出最大底面的法向量；
结合3D牙模最大底面法向量和预设第一法向量获取第一旋转数据，根据第一旋转数据旋转3D牙模至第一平面；
获取第一平面上3D牙模的轮廓，根据轮廓确定牙齿骨架曲线方程，并输出3D牙模的方向向量；
结合3D牙模的方向向量和预设第二法向量获取第二旋转数据，根据第二旋转数据旋转3D牙模至目标位置。
可选地，所述获取第一平面上3D牙模的轮廓，根据轮廓确定牙齿骨架曲线方程这一步骤，具体包括以下步骤：
采用投影技术对第一平面上的3D牙模进行投影，生成轮廓图片；
从3D牙模轮廓图片提取目标牙齿骨架曲线；
对目标牙齿骨架曲线去噪拟合生成牙齿骨架曲线方程。
可选地，所述对目标牙齿骨架曲线去噪拟合生成牙齿骨架曲线方程这一步骤，具体包括以下步骤：
对目标牙齿骨架曲线进行迭代去噪处理生成连续目标牙齿骨架曲线；
遍历连续目标牙齿骨架曲线各目标牙齿拟合生成牙齿骨架曲线方程。
可选地，所述3D牙模是由多个三角面组成的三维体，所述获取3D牙模，识别3D牙模的最大底面这一步骤，具体包括以下步骤：
采用设定的三角面对获取的3D牙模多个三角面进行夹角匹配，生成目标底面集；
对目标底面集面积大小遍历取面积最大为3D牙模的最大底面。
可选地，所述结合3D牙模最大底面法向量和预设第一法向量获取第一旋转数据，根据第一旋转数据旋转3D牙模至第一平面这一步骤，具体包括以下步骤：
对获得的3D牙模最大底面法向量和预设第一法向量进行叉乘处理，生成第一旋转数据；
根据第一旋转数据将3D牙模旋转至第一平面。
可选地，所述结合3D牙模的方向向量和预设第二法向量获取第二旋转数据，根据第二旋转数据旋转3D牙模至目标位置这一步骤，具体包括以下步骤：
对获得的3D牙模的方向向量和预设第二法向量进行叉乘处理，生成第二旋转数据；
根据第二旋转数据将3D牙模旋转至目标位置。
本发明所采用的第二技术方案是：
一种3D牙模自动摆正系统，包括：
识别模块，用于获取3D牙模，识别3D牙模的最大底面，并输出最大底面的法向量；
第一旋转模块，用于结合3D牙模最大底面法向量和预设第一法向量获取第一旋转数据，根据第一旋转数据旋转3D牙模至第一平面；
确定模块，用于获取第一平面上3D牙模的轮廓，根据轮廓确定牙齿骨架曲线方程，并输出3D牙模的方向向量；
第二旋转模块，用于结合3D牙模的方向向量和预设第二法向量获取第二旋转数据，根据第二旋转数据旋转3D牙模至目标位置。
可选地，所述确定模块包括：
生成单元，用于采用投影技术对第一平面上的3D牙模进行投影，生成轮廓图片；
提取单元，用于从3D牙模轮廓图片提取目标牙齿骨架曲线；
拟合单元，用于对目标牙齿骨架曲线去噪拟合生成牙齿骨架曲线方程。
可选地，所述识别模块包括：
匹配单元，用于采用设定的三角面对获取的3D牙模多个三角面进行夹角匹配，生成目标底面集；
遍历单元，用于对目标底面集面积大小遍历取面积最大为3D牙模的最大底面。
可选地，所述第一旋转模块包括：
第一叉乘单元，用于对获得的3D牙模最大底面法向量和预设第一法向量进行叉乘处理，生成第一旋转数据；
第一旋转单元，用于根据第一旋转数据将3D牙模旋转至第一平面。
可选地，所述第二旋转模块包括：
第二叉乘单元，用于对获得的3D牙模的方向向量和预设第二法向量进行叉乘处理，生成第二旋转数据；
第二旋转单元，用于根据第二旋转数据将3D牙模旋转至目标位置。
本发明所采用的第三技术方案是：
一种装置，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行上所述方法。
本发明所采用的第四技术方案是：
一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行如上所述方法。
本发明的有益效果是：通过确定3D牙模最大底面的法向量和预设第一法向量，以及根据获取第一平面上3D牙模的轮廓确定的3D牙模的方向向量和预设第二法向量，将3D牙模通过两次旋转摆放在目标位置，极大的缩短了牙齿模型数据预处理的时间，大大的提高了整个牙齿诊疗流程的效率，从而增强了用户体验，实现了牙齿正畸矫正的自动化流程处理。
附图说明
图1是本发明一种3D牙模自动摆正方法的步骤流程图；
图2是本发明一种3D牙模自动摆正系统的结构框图；
图3是本发明一种3D牙模自动摆正方法详细的流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供的一种3D牙模自动摆正方法，包括以下步骤：
S1、获取3D牙模，识别3D牙模的最大底面，并输出最大底面的法向量；
S2、结合3D牙模最大底面法向量和预设第一法向量获取第一旋转数据，根据第一旋转数据旋转3D牙模至第一平面；
S3、获取第一平面上3D牙模的轮廓，根据轮廓确定牙齿骨架曲线方程，并输出3D牙模的方向向量；
S4、结合3D牙模的方向向量和预设第二法向量获取第二旋转数据，根据第二旋转数据旋转3D牙模至目标位置。
牙模即牙齿的模型，是医生用来分析牙齿整形方案的模型，通常用牙粉和水混合后，由患者咬合，待咬合的模型固化后，整体去下再用其他的材料做成牙模。所述最大底面是牙齿模型的最大平面，所述第一平面是以3D牙模的最大底面为准将3D牙模摆放至对应目标位置的设定平面，所述预设第一法向量是指根据3D牙模最大底面法向量设置的将3D牙模旋转至第一平面所需旋转方向的法向量，所述3D牙模的方向向量是指基于牙齿骨架曲线制成的3D牙模的方向向量，所述预设第二预设法向量是指根据3D牙模的方向向量设置的将3D牙模旋转至目标位置的所需旋转方向的法向量，所述第一旋转数据包括第一旋转角度和第一旋转轴，第二旋转数据包括第二旋转角度和第二旋转轴；通过识别并输出3D牙模最大底面的法向量和预设的第一法向量，以及根据获取第一平面上3D牙模的轮廓图片确定3D牙模的方向向量和预设的第二法向量通过两次旋转将3D牙模摆放在目标位置上，大大的缩短了牙齿诊疗过程中牙齿模型数据预处理的时间，极大的提高了整个牙齿诊疗流程的效率，实现了牙齿正畸矫正的自动化流程处理，从而极大的增强了用户体验。
可选地，所述3D牙模是由多个三角面组成的三维体，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S10、采用设定的三角面对获取的3D牙模多个三角面进行夹角匹配，生成目标底面集；
S11、对目标底面集面积大小遍历取面积最大为3D牙模的最大底面。
具体地，采用设定的三角面对获取的3D牙模多个三角面进行夹角匹配，其中，三角片是任选的，如初始设定三角片为三角片i，首先对三角片i的相邻三角片i+1进行判断，若三角片i与相邻三角片i+1匹配，则认定三角片i与相邻三角片i+1共面，然后，继续对三角片i与其他相邻的三角面片进行匹配，同时也对三角面片i+1与其相邻三角面片[(i+1)+1]进行匹配，同理也对三角面片[(i+1)+1]与其相邻的三角面片进行匹配并类推，将匹配成功的三角面片叠加在一起作为一个连续的目标底面；当初始设定的三角面片i与相邻三角面片[(i+1)+1]不匹配时，则认定三角面片i与相邻三角面片[(i+1)+1]不同面，以三角面片[(i+1)+1]作为新的设定三角面片，对三角面片[(i+1)+1]的相邻三角面片进行匹配进行新的底面判断，如此类推，遍历所有三角面片，得到由若干个目的底面组成的集合，每个目标底面都至少由一个三角面片组成；取面积最大的目标底面为3D牙模的最大底面，本实施例中，所述3D牙模是经过设计软件加工修复过的、带有底面的任意方向的有多个三角面组成的三维体牙齿模型，具有数据精准、精度高、牙模表面光滑的特点。
可选地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S20、对获得的3D牙模最大底面法向量和预设第一法向量进行叉乘处理，生成第一旋转数据；
S21、根据第一旋转数据将3D牙模旋转至第一平面。
具体地，在识别处3D牙齿模型最大底面的过程中，采用现有计算机技术和数学方法可以得出对应3D牙模最大底面的平面方程，进而得出3D牙齿模型最大底面的法向量，根据3D牙模最大底面的法向量设置预设第一法向量，对3D牙齿模型最大底面的法向量和预设第一法向量进行叉乘运算处理获得第一旋转数据，根据第一旋转数据将3D牙模旋转至第一平面，本实施例中，所述第一旋转数据包括第一旋转角度和第一旋转轴。
可选地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S30、采用投影技术对第一平面上的3D牙模进行投影，生成轮廓图片；
S31、从3D牙模轮廓图片提取目标牙齿骨架曲线；
S32、对目标牙齿骨架曲线去噪拟合生成牙齿骨架曲线方程。
完成步骤S1和S2只是将3D牙模以最大底面为准旋转至第一平面，当旋转至第一平面后，仍要基于第一平面3D牙模的最大底面进行第二次旋转，具体地，通过投影技术对位于第一平面上的3D牙模进行投影，生成含有目标牙齿骨架轮廓的图片，从3D牙模轮廓图片提取目标牙齿骨架曲线，对得到的牙齿骨架曲线去噪后，采用现有计算机拟合算法生成牙齿骨架曲线方程，本实施例中，所述轮廓包括但不限于内轮廓、外轮廓。
可选地，所述步骤S32具体为：
S320、对目标牙齿骨架曲线进行迭代去噪处理生成连续目标牙齿骨架曲线；
S321、遍历连续目标牙齿骨架曲线各目标牙齿拟合生成牙齿骨架曲线方程。
具体地、从轮廓上提取的目标牙齿骨架曲线通常带有额外枝节即噪音，因此需对得到的目标牙齿骨架曲线进行迭代去噪处理，直至生成平滑的连续目标牙齿骨架曲线，对得到的连续目标牙齿骨架曲线遍历处理后，对连续目标牙齿骨架曲线拟合处理生成牙齿骨架曲线方程，本实施例中，所述牙齿骨架曲线优选二次曲线方程。
可选地，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S40、对获得的3D牙模的方向向量和预设第二法向量进行叉乘处理，生成第二旋转数据；
S41根据第二旋转数据将3D牙模旋转至目标位置。
具体地、根据生成的牙齿骨架曲线方程，得出3D牙模的方向向量，根据3D牙模的方向向量，设置预设第二法向量，对3D牙模的方向向量和预设第二法向量进行叉乘处理生成第二旋转数据，其中第二旋转数据包括第二旋转角度和第二旋转轴，根据第二旋转角度和第二旋转轴将3D牙模旋转至目标位置。
如图2所示是本发明一种3D牙模自动摆正系统的结构框图，包括：
识别模块，用于获取3D牙模，识别3D牙模的最大底面，并输出最大底面的法向量；
第一旋转模块，用于结合3D牙模最大底面法向量和预设第一法向量获取第一旋转数据，根据第一旋转数据旋转3D牙模至第一平面；
确定模块，用于获取第一平面上3D牙模的轮廓，根据轮廓确定牙齿骨架曲线方程，并输出3D牙模的方向向量；
第二旋转模块，用于结合3D牙模的方向向量和预设第二法向量获取第二旋转数据，根据第二旋转数据旋转3D牙模至目标位置。
可选地，所述确定模块包括：
生成单元，用于采用投影技术对第一平面上的3D牙模进行投影，生成轮廓图片；
提取单元，用于从3D牙模轮廓图片提取目标牙齿骨架曲线；
拟合单元，用于对目标牙齿骨架曲线去噪拟合生成牙齿骨架曲线方程。
可选地，所述拟合单元包括：
第一生成子单元，用于对目标牙齿骨架曲线进行迭代去噪处理生成连续目标牙齿骨架曲线；
第二生成子单元，用于遍历连续目标牙齿骨架曲线各目标牙齿拟合生成牙齿骨架曲线方程。
可选地，所述识别模块包括：
匹配单元，用于采用设定的三角面对获取的3D牙模多个三角面进行夹角匹配，生成目标底面集；
遍历单元，用于对目标底面集面积大小遍历取面积最大为3D牙模的最大底面。
可选地，所述第一旋转模块包括：
第一叉乘单元，用于对获得的3D牙模最大底面法向量和预设第一法向量进行叉乘处理，生成第一旋转数据；
第一旋转单元，用于根据第一旋转数据将3D牙模旋转至第一平面。
可选地，所述第二旋转模块包括：
第二叉乘单元，用于对获得的3D牙模的方向向量和预设第二法向量进行叉乘处理，生成第二旋转数据；
第二旋转单元，用于根据第二旋转数据将3D牙模旋转至目标位置。
本实施例的一种3D牙模自动摆正系统，可以执行本发明方法实施例所提供的一种3D牙模自动摆正方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
一种装置，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行方法实施例所述方法。
本实施例的一种装置，可执行本发明方法实施例所提供的一种3D牙模自动摆正方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行方法实施例所述方法。
本实施例的一种存储介质，可执行本发明方法实施例一所提供的一种3D牙模自动摆正方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
如图3所示，是本发明3D牙模自动摆正方法详细的流程示意图，具体流程如下：
首先，导入3D牙模，所述3D牙模由多个三角面组成的三维体，且带有光滑底面任意放置基于3D打印技术制成的牙齿模型；
识别3D牙模的平面法向量，具体为，采用设定的三角面片，对3D牙模的多个三角面进行平面夹角匹配，当设定的三角面与3D牙模上的某个三角面夹角大于预设的误差阈值e时，则认定该三角面与设定的三角面不匹配排除；当设定的三角面与3D牙模上的某个三角面夹角小于预设的误差阈值e，则认定该三角面与设定的三角面匹配，将两面叠加并标记该三角面为目标底面保存，继续寻找下一个三角面并判断是否与设定的三角面匹配，将所有与设定三角面夹角小于预设误差阈值的目标底面保存生成目标底面积，最会采用极大值函数遍历目标底面集，取面积最大的目标底面为3D牙模的平面；输出3D牙模最大底面的法向量(Xn，Yn，Zn)，具体为，采用现有计算机技术和数学方法得出对应3D牙模最大的平面方程aX+bY+cZ＝0，则可获取平面方程的法向量(a，b，c)，统一表示，将(a，b，c)设为(Xn，Yn，Zn)表示。
设置预设第一法向量(Xd1，Yd1，Zd1)，叉乘处理得出第一旋转角度和第一旋转轴，具体为：根据3D牙模最大底面的法向量(Xn，Yn，Zn)，设为P1，设置预设第一法向量(Xd1，Yd1，Zd1)，设为Q1，对P1与Q1进行叉乘运算得出第一旋转角度θ1＝cos-1(P1·Q1/|P1||Q1|)，以及第一旋转轴C1＝(C11，C12，C13)，(C11，C12，C13)＝(Yn*Zd1-Zn*Yd1，Zn*Xd1-Xn*Zd1，Xn*Yd1-Yn*Xd1)。
将3D牙模旋转至第一平面，具体为，根据第一旋转角度θ1和第一旋转轴C1将3D牙模旋转至第一平面。
对3D牙模进行投影，生成轮廓图片，求解牙齿骨架曲线方程，具体为，对位于第一平面上的3D牙模进行投影，生成含有目标牙齿骨架轮廓的图片。
对轮廓图片进行牙齿骨架提取，具体为，采用Average函数从轮廓图片上提取目标牙齿骨架曲线，对得到的牙齿骨架曲线去噪后，采用现有计算机拟合算法生成牙齿骨架曲线方程。
输出3D牙模的方向向量(Xm，Ym，Zm)，具体为，通过得到的牙齿骨架曲线方程，得出3D牙模在第一平面上的方向向量(Xm，Ym，Zm)。
设置预设第二法向量(Xd2，Yd2，Zd2)，叉乘梳理得出第二旋转角度和第二旋转轴，具体为，根据3D牙模在在第一平面的方向向量(Xm，Ym，Zm)，设为P2，设置预设第二法向量(Xd2，Yd2，Zd2)，设为Q2，对P2与Q2进行叉乘运算得出第一旋转角度θ2＝cos-1(P2·Q2/|P2||Q2|)，以及第一旋转轴c2＝(c21，C22，c23)，(C21，C22，C23)＝(Ym*Zd2-Zm*Yd2，Zm*Xd2-Xm*Zd2，Xm*Yd2-Ym*Xd2)。
将3D牙模旋转至目标位置，具体为，根据第二旋转角度θ2和第二旋转轴C2将3D牙模旋转至目标位置，结束。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
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