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人工牙的三维重建及其交互实现

吴雯  
【摘要】:口腔修复计算机应用是目前口腔医学计算机应用领域的主要研究方向之一,其最早可追溯到七十年代初。近年来,随着电子、自动控制、计算机图形图像等多种技术的发展,使得在计算机上模拟仿真牙医的医疗实践活动得到了进一步的发展,并成为未来口腔修复的发展方向。 在计算机中重构三维人工牙模型,正是为了将抽象的数字化信息转化成可视化图形,使医生可以运用计算机,清晰地观察分析牙列的形态,实现预排、模拟显示及其交互调整等操作。因此重构牙模型的好坏,直接影响系统的可用性。 本论文所做的工作是以计算所所长基金项目“三维医学图像分割与显示技术研究”为背景、与卫生部口腔医学计算机应用工程技术研究中心合作的项目“人工牙的三维数据处理”提出来的。 本文主要介绍了可视化的概念、发展及其主要算法,并且着重对三维物体重构的轮廓线连接方法进行了研究与讨论;介绍了计算机辅助几何设计(CAGD)中较常用的光顺处理方法。根据所处理的人工牙数据的特点,提出了两种不同的由轮廓线上离散点重构三维人工牙的有效过程。其一,首先利用距离加权法对人工牙数据进行去噪预处理,继而用最小对角线连接方法对人工牙进行重构,最后在显示时对三角面片法向量做进一步地修正,得到了较为满意的结果。进一步地,再以最小对角线连接法所生成的人工牙三角网格为基础,应用改进的拉普拉斯平滑处理算法,有效地减小了测量误差对重构牙模型的影响,获得了更好的重构结果。 其二,实现了人工牙B样条曲面的近似表示。首先采用能量光顺法对二维轮廓线上的点进行给定误差下的光顺修正,再以这些处理过的点为型值点反算控制顶点,得到轮廓线的B样条曲线表示。插值生成B样条曲面数据点,反算得到近似通过人工牙各轮廓线的B样条曲面。 在此基础上,本文作者在Windows98环境下,以VC++6.0为开发平台,以OpenGL为图形开发工具,实现了一个交互式三维人工牙数据处理系统。用户可以利用此处理系统进行三维人工牙的光照显示、对应数据修正以及交互式拾取模型上任意点三维坐标等操作。


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