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牙齿数字模型的分割方法研究

宁小娟  
【摘要】: 分割技术的研究始于20世纪70年代,最初广泛应用于图像分割尤其是医学图像分割领域中。随着计算机图形图像处理技术以及三维网格模型的发展,分割技术的应用领域在不断地拓展,从图像分割领域到三维网格模型的分割,分割技术逐渐成为近年来的热点研究课题。本文对基于牙齿数字模型的分割技术进行了系统研究。 首先,本文在对牙齿数字模型的获取技术、表示方法等进行分析的基础上,对牙齿数字模型数据作了大量而充分的前期处理工作。分析了牙齿数字模型的表示方法——STL,研究STL牙齿模型的两种文件格式,在此基础上建立牙齿数字模型的拓扑关系,并设计了一种高效的数据存储结构;实现了对STL牙齿模型的文件的加载及模型显示;研究了牙齿数字模型的面片拾取技术,依据射线与三角面片的相交测试理论对牙齿模型的表面三角面片进行拾取技术的实现。 其次,在分析现有的分割技术的基础上,提出了适合牙齿模型的分割方案、方法及流程。本文先采用三维交互标记控制法实现牙齿模型的分割,并通过分析该算法的效率提出了一种更高效的方案——标记区分法。该方案采用用户交互的方式输入标记,将标记作为分割算法的关键参数,利用标记来控制牙冠与牙龈的分割,确定分割结果的区域个数,此外在分割过程中采用设定阈值作为控制参数来控制堆栈的操作。实验数据表明该算法明显的提高了分割的速度,并得到良好的分割结果。 在上述研究成果的基础上,本课题以VC++6.0和OpenGL为开发工具,开发了虚拟牙齿矫正系统的分割模块,对基于牙齿数字模型的分割技术进行分析和实现,对牙齿矫正系统中牙冠与牙龈的分割算法和分割结果做了比较详细的分析与比较。本文实现的改进后的分割方法速度快、分割效果良好,整个分割模块有良好的可操作性和友善的人机界面,使它达到商业应用的标准。


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