口腔修复金属基底冠CAD关键技术研究与实现

论文摘要

在口腔修复中,金属基底冠是金属烤瓷全冠的重要组成部分,因此其设计的形状和精度特别重要。传统的设计方法耗时、耗力,随着计算机技术的发展,开发针对金属基底冠的计算机辅助设计软件具有重要的实际应用价值。本文结合口腔临床医学应用的实际,以口腔修复体的数字化模型STL文件为研究对象,围绕适用于基底冠设计的关于网格模型上的相关算法展开研究。本文主要的研究内容和创新如下:针对基底冠的形状特点,在利用红黑树结构进行拓扑重建的三角网格模型上,详细介绍了能够反应曲面特征的三角网格顶点曲率的计算方法。通过交互式的两特征点之间利用“变方向追踪”法确定初始轮廓线和Snake能量模型优化提取颈缘特征线。根据特征线封闭的特点,利用种子法和边界优化提取有效的内表面模型,并可以达到满意的效果。针对需要利用等距法产生外表面的要求,介绍了三角网格模型上基于法矢的等距和隐式曲面的等距。详细阐述了基于径向基函数的隐式曲面方程建立、网格曲面顶点八叉树顶点采集算法,在隐式曲面生成之后,利用改进的MC算法和隐式曲面网格优化方法生成外表面。针对现有的常用的网格过渡和融合算法不能很好的解决本文中基底冠内外表面过渡的问题。在分析现有模型边界特点的前提下,借鉴参数曲面蒙皮法的思想,提出了一种针对基底冠设计的内外表面过渡算法,可以快速完成过渡,而且网格过渡平滑,质量高,可以满足医学需要。在已有算法的基础上,在WindowsXP环境下,以VC++6.0和HOOPS图形库作为软件开发平台,实现了口腔修复金属基底冠CAD软件系统。本文最后展现了利用本软件设计的模型进行加工获得的实物。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 口腔修复金属基底冠软件的研究背景及意义
• 1.1.1 口腔修复的原理
• 1.1.2 金属基底冠在口腔修复中的应用
• 1.1.3 数字化口腔修复系统的发展和意义
• 1.2 口腔修复模型的数字化描述
• 1.2.1 STL 文件数据格式
• 1.2.2 三角网格的拓扑表示
• 1.3 基底冠计算机辅助设计的关键算法
• 1.3.1 流程
• 1.3.2 三角网格特征线提取
• 1.3.3 三角网格等距
• 1.3.4 三角网格过渡
• 1.4 论文的选题依据及研究内容
• 第二章 冠预备体的颈缘线提取及裁剪技术
• 2.1 引言
• 2.2 三角网格的特征信息描述
• 2.2.1 三角网格拓扑重建
• 2.2.2 三角网格顶点法矢估计
• 2.2.3 三角网格面夹角信息
• 2.2.4 三角网格曲率
• 2.2.4.1 曲面论相关理论
• 2.2.4.2 局部曲面拟合计算曲率
• 2.2.4.3 利用Weingarten 矩阵估算曲率
• 2.3 颈缘特征线线提取技术
• 2.3.1 特征线的提取方法
• 2.3.2 分段轮廓线提取
• 2.3.3 轮廓线进化为特征线
• 2.3.3.1 Snake 模型
• 2.3.3.2 Snake 模型在3D 模型上的应用
• 2.4 裁剪特征线
• 2.4.1 内部区域的确定
• 2.4.2 内部区域边界融合优化
• 2.5 本章小结
• 第三章 冠修复体三角网格等距技术
• 3.1 引言
• 3.2 基于顶点法矢的等距
• 3.3 基于隐式曲面的等距
• 3.3.1 基于径向基的隐式曲面定义
• 3.3.2 基于八叉树的顶点简化
• 3.3.3 隐式曲面的三角化
• 3.3.3.1 MC 三角化
• 3.3.3.2 网格优化
• 3.3.3.3 等距曲面有效区裁剪
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于冠修复体的三角网格过渡技术
• 4.1 引言
• 4.2 蒙皮法
• 4.3 基底冠过渡算法
• 4.3.1 边界分段
• 4.3.2 构造脊线
• 4.3.3 脊线之间离散点设计
• 4.3.4 过渡面生成及边界缝合
• 4.4 本章小结
• 第五章 软件系统的实现
• 5.1 引言
• 5.2 系统总体构架
• 5.3 系统开发的平台
• 5.4 软件系统应用实例
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文