基于Haptics的牙齿曲面微变形设计技术

发布时间：2020-04-25 19:32

【摘要】： 在口腔修复领域中,基于力触觉交互系统的牙齿曲面变形技术越来越得到人们的重视,利用该技术医生能够方便快捷的完成对患牙的修复工作。在牙齿曲面变形过程中,每个患者牙齿的三维表面信息都是唯一的,所以医生从标准冠数据库中查询到与患牙对应的标准牙后,必须进行曲面变形调整以匹配与邻牙、对颌牙的咬合。本文结合口腔临床医学的实际情况,利用美国SensAble公司的PHANTOM Omni力触觉交互设备对牙齿三维曲面微变形进行了研究与开发。主要研究工作和成果如下: 分析了力触觉交互设备PHANTOM Omni的运行机制,并建立了基于该设备的牙齿曲面微变形设计平台。采用比例变换的方法实现了牙齿曲面的整体变形调整。 提出了基于N环邻域搜索算法的网格局部变形方法,通过定义变形区完成局部变形设计。最后针对变形后网格模型存在异常三角片的情况,利用Laplacian光顺法、基于三角片面积的自适应Loop细分法对网格进行光顺、细分调整。 针对局部变形中变形区域不易控制的问题,研究了基于隐式曲面投影算法和面向牙齿特征的网格区域变形技术。利用OpenGL交互功能与N环邻域搜索算法定义变形原始插值点,建立了基于径向基函数的隐式曲面方程,并完成目标插值点的定位。最后运用牛顿迭代逼近法,把其余网格顶点投影到隐式曲面上,完成曲面的区域变形。 在上述研究成果的基础上,以VC++2003和OpenGL图形库作为软件开发平台,实现了基于力触觉交互设备的牙齿曲面微变形设计软件开发,将设计过程划分为整体变形、局部变形、区域变形三大模块,并在口腔修复CAD系统中得到应用,效果良好。
【图文】：

图 1. 3 力触觉交互过程的发展，利用力触觉交互设备在虚拟环境中应用。在口腔修复过程中，需要医生高超的量的模拟修复实验才能够进行临床治疗，传司的PHANTOM Omni力触觉交互设备产品[18]，可以利用该设备建立模拟牙齿曲面变形调感受到与真实物体相似的感觉，这将为医生，同时能够真实的模拟在计算机辅助牙齿正

世界的前列，其中美国的Sensable公司取得了很好的成绩，该公司的PHANTOM系列产品在人机交互中可以为操作者提供比较大的肢体位移空间和反馈力，具备六自由度的输入和三自由度的输出反馈功能，，其中搭配有PHANTOM交互设备的FreeForm设计系统(如图1.5)具有强大的三维模型设计能力，操作直接自然并具有3D导航和感知虚拟物体的功能，FreeForm能够方便快捷地人的动作感官反应基于力/触觉交互系统行为操作信息反馈
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R783;TP391.72

【参考文献】

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本文编号：2640609