图形图像技术在牙颌模型数字化处理中的应用

论文摘要

口腔正畸是治疗口腔疾病的重要手段之一。作为口腔正畸过程中重要信息存储源的牙颌模型,目前临床测量方式还停留在利用卡尺、铜丝等简单工具进行徒手测量分析的阶段,这样所得的结果受操作者主观影响较大,精度有限,效率较低,且由于模型易受温度、湿度等的影响,长期保存较为困难。随着数字图像处理技术及计算机技术的发展,易操作、高精度的数字化处理越来越受到口腔医学的重视。本文首先介绍了根据光学成像的基本原理获取牙颌模型的二维数字图像信息,利用计算机图像处理技术对数字图像信息进行加工处理,采用标准线段进行对比的方式对牙颌模型进行二维测量的方法,以求出该图像包含的有价值医学信息。对应用该测量方法进行测量所得的结果进行误差分析,得出误差随选取的对比线段长度增长而减小的结论,结合C++语言讨论了该测量方法的实现。介绍了牙颌模型三维数据获取的基本原理,对牙颌模型三维实体图生成过程中所使用的实体曲面的生成方式、坐标系的变换、窗口与视区的概念及变换方式、投影变换及消隐方式方法等进行探讨。分析实际获取的牙颌模型三维数字信息,给出了牙颌模型立体三维效果图生成的流程,针对牙颌模型扫描数据的实际情况提出了利用带标识位的数组对扫描点数据进行存储和分类的方法,这样在实验过程中利用简单的数学运算即可代替矩阵运算,简化了计算过程。提出了利用删减相邻扫描线相对平缓处扫描点,在对模型最小影响的前体下达到扫描点匹配的方法;提出利用三角平面构造四边形平面,并判断该四边形是属于全消隐、全不消隐或是半消隐形式的方法,再通过映射将其显示出来,给出了根据此等方法所得的牙颌模型片断的三维构造结果。对二维测量和三维测量各自优势及局限性进行了对比,得出二维测量操作简便、成本低、易于实现,但对模型的测量处理只能在平面上进行,而三维测量可在三维空间任意选取测量点、可从各个方位对牙颌模型进行测量处理,但其需要高精度的激光测量仪器,成本较高,且计算相对复杂的结论。对于牙颌模型表面形态三维数据的保存问题,本文讨论了利用虚拟现实技术对三维形态数据进行保存的必要性,采用物体模式实现牙颌模型数据的虚拟现实保存,并针对虚拟现实技术的特点提出了可将虚拟现实技术引入牙颌模型三维测量领域的进一步科研建议。牙颌模型的数字化处理大大提高了测量的精度和测量效率,

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪言
• 1.1 牙颌模型数字化处理的背景
• 1.1.1 医学背景
• 1.1.2 计算机图形学和计算机图像处理学背景
• 1.1.3 计算机图形图像技术在口腔医学中的应用
• 1.1.4 虚拟现实技术的发展
• 1.2 研究牙颌模型数字化处理的目的和意义
• 1.3 本课题的主要工作内容
• 第二章 理论分析
• 2.1 牙颌模型的二维测量
• 2.1.1 牙颌模型二维测量技术的基本原理
• 2.1.2 牙颌模型二维测量结果的误差分析
• 2.1.3 与设备无关位图的结构
• 2.2 牙颌模型的三维显示
• 2.2.1 牙颌模型三维数据获取的基本原理
• 2.2.2 坐标系的变换
• 2.2.2.1 三维图形的变换矩阵
• 2.2.2.2 窗口与视区
• 2.2.2.3 窗口与视区的坐标变换
• 2.2.3 曲面的生成方式
• 2.2.3.1 多边形拟合
• 2.2.3.2 曲面拟合
• 2.2.4 三维实体的投影变换
• 2.2.4.1 三维实体的正投影变换矩阵
• 2.2.4.2 三维实体的轴投影变换矩阵
• 2.2.5 三维图形的消隐原理
• 2.2.5.1 三维图形消隐的必要性及分类
• 2.2.5.2 三维图形线消隐的原理及计算方法
• 2.3 牙颌模型表面三维数据存储
• 2.3.1 虚拟现实系统的相关概念
• 2.3.1.1 虚拟现实系统的分类
• 2.3.1.2 基于图像的虚拟现实环境的取景模式
• 2.3.2 基于图像的建模技术
• 2.3.3 关于利用虚拟现实技术对牙颌模型三维表面形态数据进行保存必要性的讨论及相关科研建议
• 第三章 试验研究
• 3.1 牙颌模型二维数字测量
• 3.1.1 牙颌模型二维数字测量的实现
• 3.2 牙颌模型立体三维效果图生成
• 3.2.1 数据的前期处理
• 3.2.2 坐标系的选定
• 3.2.3 牙颌模型立体三维效果图生成的流程图
• 3.2.4 数据的存储与分组方式
• 3.2.5 相邻扫描匹配点的确定
• 3.2.6 匹配点构成平面的消隐及映射
• 3.2.7 牙颌模型片断的三维构造结果
• 3.2.8 牙颌模型的测量
• 3.2.8.1 两点间距离的测量
• 3.2.8.2 三点构成角度的测量
• 3.3 牙颌模型三维表面形态的虚拟现实实现
• 第四章 结果分析与结论
• 3.1 试验总结
• 3.2 试验结果分析
• 3.3 试验的后继发展方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录A（攻读学位期间发表论文目录）
• 附录B
• B.1 索引
• B.2 图表目录