面向口腔正畸的仿真技术研究与应用

摘要

传统的牙齿矫治方法不仅有难清洁、影响美观等缺点，而且依赖医生的经验，难以预测矫正的效果。口腔正畸仿真系统通过过程模拟与结果预测，可以有效地改善正畸治疗体验。本文针对口腔正畸仿真系统在规划正畸方案的过程中的需求，围绕口腔正畸中的咬合分析和咬合仿真问题的相关算法进行研究。主要研究内容和成果如下：
　　 针对口腔正畸仿真中的快速边界搜索和一环邻域搜索问题，研究了基于半边结构的三角网格拓扑重建算法。该算法在网格数据的点、边和面的查找搜索方面显示出较好的优势，为碰撞检测和干涉分析的研究打下基础。
　　 针对咬合问题中的碰撞检测问题，提出了一种基于包围盒的快速碰撞检测算法，该算法在检测到碰撞后能够返回碰撞模型中相交三角片对的相关信息，并在此基础上求取出了碰撞模型的交线，显示了干涉区域的边界和形态。
　　 针对咬合分析中干涉位置及干涉深度问题，提出了一种高效、健壮的干涉分析方法。通过快速划分模型数据，并根据碰撞检测快速判断模型的干涉区域，获取干涉区域内部的顶点信息，利用K临近搜索返回的距离信息确定干涉区域内部顶点的干涉深度。最后，结合Patriot系统与YAMAHACHI咬合器提取的上下颌咬合运动轨迹信息，确定运动轨迹约束。
　　 在上述研究基础上，实现了上下颌虚拟咬合运动仿真，并在口腔正畸仿真系统中成功应用，取得了良好的效果，达到了预期目标。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 口腔正畸仿真研究背景

1.3 口腔正畸仿真技术的研究内容及发展现状

1.4 论文主要工作及结构安排

第二章 输入模型数据拓扑重建

2.1 STL文件介绍

2.2 基于半边结构的STL文件拓扑重建

2.2.1 STL拓扑重建常用算法

2.2.2 三角网格拓扑数据表示

2.2.3 半边拓扑结构快速重建算法

2.2.4 性能分析

2.3 小结

第三章 碰撞检测技术

3.1 经典层次包围盒

3.1.1 包围球

3.1.2 沿坐标轴的包围盒

3.1.3 方向包围盒

3.1.4 固定方向凸包

3.2 层次包围盒方法的性能分析

3.3 算法预处理

3.3.1 计算OBB包围盒

3.3.2 构建OBB树

3.3.3 OBB层次包围盒树的更新

3.4 算法执行过程

3.4.1 遍历层次二叉树

3.4.2 包围盒间的碰撞检测

3.5 基本几何元素的相交测试

3.6 算法流程

3.7 小结

第四章 干涉分析技术

4.1 干涉区域检索

4.1.1 模型网格数据预处理

4.1.2 判定干涉区域

4.2 基于KNN搜索计算干涉深度

4.2.1 计算KD树包围盒

4.2.2 构建KD树

4.2.2 KNN搜索

4.3 干涉分析可视化评价

4.4 小结

第五章 上下颌虚拟咬合仿真

5.1 虚拟咬合仿真流程

5.2 上下颌运动轨迹控制

5.2.1 设备参数介绍

5.2.2 测量原理

5.2.3 测量运动轨迹

5.3 咬合运动仿真

5.4 应用实例

5.4 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表（录用）论文情况

攻读硕士期间参加科研项目情况