人工牙三维重建方法的研究

论文摘要

医学图像三维重建是实施计算机辅助治疗的基础。近年来,随着激光扫描技术的迅速发展,医学图像三维重建已成为目前一个研究热点问题。它是一个多学科交叉的研究领域,是计算机图形学和图像处理在生物及医学工程中的重要应用。其研究方向之一就是在口腔修复医学中的应用。本文以人工牙为例,研究了基于切片数据的三维模型重建的方法。本文首先介绍了医学三维可视化的相关知识和发展概况,对这一领域的关键技术和算法进行了综述和比较,并以此为理论基础,分析确定了本课题的研究方案。首先对原始数据进行了预处理,通过连接截面轮廓线的方法来重构了牙的三维网格模型,并对网格模型进行了光顺和调整。为得到更加光滑逼真的人工牙模型,在网格模型的基础上,利用B样条曲面对牙表面进行近似表示及绘制,最终得到较为理想的人工牙三维重建模型。另一方面,以VC++6.0为平台,OpenGL为开发工具建立了一个三维人工牙数据重建系统,用户可以利用此系统进行三维人工牙的光照显示、交互式几何操作以及拾取模型上任意点三维坐标等操作。本课题的研究在计算机中成功重建了人工牙的三维逼真模型,并通过设计一个交互式重建系统,使用户方便的观察和交互操作三维模型。随着自动化技术的发展,它结合排牙机器人技术的应用,使得模拟仿真医生的医疗实践活动成为现实。例如在修复、正畸过程中预先调整牙列的位置、在计算机中进行上下牙颌运动仿真等操作。这一研究帮助医务人员从繁重的脑力重建中解放出来,更轻松更精确的为病人提供术前术后的预测及手术医疗方案,成为口腔修复学乃至医学领域未来的发展趋势。因而本课题的研究具有良好的社会效果和应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 三维医学可视化的研究现状
• 1.2 人工牙的三维重建
• 1.3 本课题来源和研究意义
• 1.4 本文的研究背景和数据来源
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 医学三维重建综述及本文方案分析
• 2.1 引言
• 2.2 三维重构技术及其分类
• 2.2.1 面绘制
• 2.2.2 体绘制
• 2.2.3 面绘制和体绘制比较
• 2.3 人工牙三维重建及可视化方案的选择
• 2.3.1 人工牙三维重建系统需要考虑的要求
• 2.3.2 人工牙表面绘制方法的确定
• 2.4 本章小结
• 第3章 人工牙网格模型重建
• 3.1 引言
• 3.2 轮廓线拼接基本方法
• 3.3 原始数据去噪处理
• 3.4 轮廓线的连接
• 3.4.1 数据结构分析
• 3.4.2 最小对角线连接
• 3.5 实际应用中遇到的问题及改进算法
• 3.5.1 多轮廓线连接问题
• 3.5.2 锥化和偏斜问题
• 3.6 法向量计算
• 3.7 三角网格模型的光顺
• 3.7.1 常用网格光顺算法
• 3.7.2 基于法矢调整的三角网格模型光顺
• 3.8 实验结果
• 3.9 本章小结
• 第4章 网格模型的B 样条曲面拟合
• 4.1 引言
• 4.2 相关理论及其性质
• 4.2.1 三角网格模型的B 样条曲面拟合
• 4.2.2 B 样条曲线及其性质
• 4.2.3 B 样条曲面的定义及其性质
• 4.3 反算B 样条插值曲线
• 4.4 反算B 样条曲面
• 4.4.1 计算B 样条曲面插值数据网
• 4.4.2 反算B 样条曲面
• 4.5 实验结果
• 4.6 本章小结
• 第5章 三维牙模型显示及其功能实现
• 5.1 引言
• 5.2 人工牙三维重建系统综述
• 5.2.1 开发环境
• 5.2.2 人工牙重建系统功能模块
• 5.3 OpenGL 概述
• 5.3.1 OpenGL 基本图形操作流程
• 5.3.2 在VC++中创建OpenGL 应用
• 5.4 基于 OpenGL 的真实感图形的实现
• 5.4.1 OpenGL 中颜色的应用
• 5.4.2 OpenGL 中的光照应用
• 5.4.3 在OpenGL 中定义材质
• 5.4.4 图形交互操作
• 5.4.5 实验结果
• 5.4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢