牙齿模型自动定向方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及3D打印技术领域，具体涉及牙齿模型自动定向方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

当前，口腔医学牙齿修复或牙齿正畸过程中，普遍需要使用3D打印技术进行牙齿模型的打印；考虑到牙齿模型需要与牙冠或牙套进行精确匹配，因此牙齿模型的齿部不允许留有支撑打印去除后的残留物，以免后续制作牙冠或牙套产生较大误差；而在现有技术下的模型预处理过程中，需要逐个对牙齿模型进行手动定向，以保持牙齿模型齿部向上，进而使牙齿模型贴底进行无支撑打印，或者使牙齿模型底部添加支撑单元进行抬高打印；所以相应存在手动定向效率低，模型处理速度慢的问题；

为此，需要提供一种牙齿模型自动定向方法，使牙齿模型以底面为指向参考方向自动向下定向，从而方便在此基础上使自动实现贴底进行无支撑打印，或者使牙齿模型底部添加支撑单元进行抬高打印；进而提高牙齿模型的批量处理效率。

发明内容

本申请实施例提供一种牙齿模型自动定向方法、装置、电子设备及存储介质，目的是在模型预处理过程中，牙齿模型以底面为指向参考方向自动向下定向，从而避免在完成3D打印后牙齿模型的齿部上留有支撑打印去除后的残留物，以及提高模型预处理效率。

本申请实施例的第一方面提供一种牙齿模型自动定向方法，包括：

获取牙齿模型的三角网格模型数据；

遍历拼接组成牙齿模型的全部三角网格；

获取法向量方向相同且连续共边的三角网格群组的三角网格数；

根据最大三角网格数Nmax所在的连续共边群组对应的法向量方向确定牙齿模型底面指向的参考方向；

对牙齿模型数据进行角度和坐标转换处理使牙齿模型以参考方向向下垂直于xy平面；

将处理完成的牙齿模型的三维数据储存于存储单元。

进一步地，所述获取法向量方向相同且连续共边的三角网格群组的三角网格数，包括：

获取所有三角网格的法向量；

获取法向量方向相同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；

由N个连续共边群组中获取每个连续共边群组所包含的三角网格数Ni。

进一步地，所述根据最大三角网格数Nmax所在的连续共边群组对应的法向量方向确定牙齿模型底面指向的参考方向，包括：

获取最大三角网格数Nmax；

确定最大三角网格数Nmax所在的连续共边群组对应的法向量方向为牙齿模型底面的指向参考方向。

进一步地，在将处理完成的牙齿模型的三维数据储存于存储单元之后，所述的牙齿模型自动定向方法，还包括：

对牙齿模型的底面添加支撑单元。

进一步地，在对牙齿模型的底面添加支撑单元之后，所述的牙齿模型自动定向方法，还包括：

将牙齿模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据。

进一步地，在将牙齿模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据之后，所述的牙齿模型自动定向方法，还包括：

将切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。

本申请实施例的第二方面提供一种牙齿模型自动定向装置，包括：

模型数据获取模块，用于获取牙齿模型的三角网格模型数据；

模型网格遍历模块，用于遍历拼接组成牙齿模型的全部三角网格；

三角网格数获取模块，用于获取法向量方向相同且连续共边的三角网格群组的三角网格数；

参考方向确定模块，用于根据最大三角网格数Nmax所在的连续共边群组对应的法向量方向确定牙齿模型底面指向的参考方向；

模型数据转换模块，用于对牙齿模型数据进行角度和坐标转换处理使牙齿模型以参考方向向下垂直于xy平面；

三维数据存储模块，用于将处理完成的牙齿模型的三维数据储存于存储单元。

进一步地，所述三角网格数获取模块，包括：

法向量获取模块，用于获取所有三角网格的法向量；

连续共边群组获取模块，用于获取法向量方向相同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；

三角网格数获取模块，用于由N个连续共边群组中获取每个连续共边群组所包含的三角网格数Ni。

进一步地，所述参考方向确定模块，包括：

最大网格数获取模块，用于获取最大三角网格数Nmax；

参考方向确定模块，用于确定最大三角网格数Nmax所在的连续共边群组对应的法向量方向为牙齿模型底面的指向参考方向。

进一步地，所述牙齿模型自动定向装置，还包括：

支撑单元添加模块，用于对牙齿模型的底面添加支撑单元。

进一步地，所述牙齿模型自动定向装置，还包括：

切片处理模块，用于将牙齿模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据。

进一步地，所述牙齿模型自动定向装置，还包括：

3D打印设备，用于将切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。

本申请实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储单元；

其中，所述存储模块存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器执行所述指令时实现如上述任一种所述的牙齿模型自动定向方法的步骤。

本申请实施例的第四方面提供了一种非瞬时计算机可读存储介质，所述非瞬时计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的牙齿模型自动定向方法的步骤。

本申请实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机指令，所述计算机指令被计算机执行时实现如上述任一种所述的牙齿模型自动定向方法的步骤。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

1.本申请实施例的第一方面提供的牙齿模型自动定向方法，在模型预处理阶段，可以方便使牙齿模型以齿部朝上，并能够使牙齿模型以底面向下来进行定向和打印，避免了将支撑单元添加于底面后，打印成品的牙齿模型齿部上的支撑残留对后续牙冠或牙套的制作造成较大误差。

2.本申请实施例的第一方面提供的牙齿模型自动定向方法，应用于多个形状不同的牙齿模型时，也能实现对多个形状不同的牙齿模型的逐个自动定向，在使牙齿模型以底面向下来进行定向和打印的同时，还能够避免手动逐个调整牙齿模型的方向，进而提高了模型处理效率。

3.本申请实施例的第一方面提供的牙齿模型自动定向方法，对底面为完整平面和底面为凹槽的两类牙齿模型，都能够进行自动定向，定向识别性较强，准确度高。

4.本申请实施例的第一方面提供的牙齿模型自动定向方法，根据牙齿模型的结构特点，通过找寻牙齿模型底面上的平面特征，并筛选出共向综合程度最高的底面上的连续共边三角网格群组及其法向量方向，作为牙齿模型底面的指向参考方向，方法巧妙，定向精准度高。

附图说明

图1为本申请实施例的牙齿模型自动定向方法的流程图1；

图2为本申请实施例的牙齿模型自动定向方法的流程图2；

图3为本申请实施例的牙齿模型自动定向装置的结构图1；

图4为本申请实施例的牙齿模型自动定向装置的结构图2；

图5A-B为本申请实施例的牙齿模型添加支撑单元示意图；

图6A-B为本申请实施例的两种牙齿模型底部展示示意图；

图7A-C为本申请实施例牙齿模型根据最大三角网格数Nmax确定参考方向的示意图；

图8A为实现本申请实施例牙齿模型自动定向方法的电子设备结构框图；

图8B为本申请实施例电子设备对3D模型进行预处理切片的示意图；

图9A为实现本申请方法牙齿模型自动定向方法的3D打印设备结构框图；

图9B为本申请方法实施后经切片得到的图像数据导入3D打印设备的示意图。

标号说明：

电子设备8；计算机程序80；处理单元81；存储单元82；3D打印设备9；控制器91；存储器92；打印控制程序90；移动存储设备10；牙齿模型501；支撑单元502；底面503；齿部504；三角网格505；凹槽601；

模型数据获取模块100；模型网格遍历模块200；三角网格数获取模块300；参考方向确定模块400；模型数据转换模块500；三维数据存储模块600；支撑单元添加模块700；切片处理模块800；法向量获取模块320；连续共边群组获取模块340；三角网格数获取模块360；最大网格数获取模块420；参考方向确定模块440。

具体实施方式

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。

图1为本申请实施例的牙齿模型自动定向方法的流程图1。如图所示，一种牙齿模型自动定向方法，包括以下基本步骤：

S100、获取牙齿模型的三角网格模型数据；

S200、遍历拼接组成牙齿模型的全部三角网格；

S300、获取法向量方向相同且连续共边的三角网格群组的三角网格数；

S400、根据最大三角网格数Nmax所在的连续共边群组对应的法向量方向确定牙齿模型底面指向的参考方向；

S500、对牙齿模型数据进行角度和坐标转换处理使牙齿模型以参考方向向下垂直于xy平面；

S600、将处理完成的牙齿模型的三维数据储存于存储单元。

此外，还包括以下可选步骤：

S700、对牙齿模型的底面添加支撑单元；

S800、将牙齿模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据；S900、将切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。

具体的，以上流程图中，Nmax为正整数；例如Nmax实际为173时，则上述步骤S400中最大三角网格数Nmax＝173所在的连续共边群组对应的法向量方向即为牙齿模型底面指向的参考方向。

图2为本申请实施例的牙齿模型自动定向方法的流程图2。如图所示，一种牙齿模型自动定向方法，包括以下具体步骤：

S100、获取牙齿模型的三角网格模型数据；

S200、遍历拼接组成牙齿模型的全部三角网格；

S320、获取所有三角网格的法向量；

S340、获取法向量方向相同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；

S360、由N个连续共边群组中获取每个连续共边群组所包含的三角网格数Ni；

S420、获取最大三角网格数Nmax；

S440、确定最大三角网格数Nmax所在的连续共边群组对应的法向量方向为牙齿模型底面的指向参考方向；

S500、对牙齿模型数据进行角度和坐标转换处理使牙齿模型以参考方向向下垂直于xy平面；

S600、将处理完成的牙齿模型的三维数据储存于存储单元。

此外，还包括以下可选步骤：

S700、对牙齿模型的底面添加支撑单元；

S800、将牙齿模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据；S900、将切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。

具体的，以上流程图中，N、Ni、Nmax为正整数；例如对于一个正方体模型，则上述步骤S340中连续共边群组的个数为6个；例如Nmax实际为173时，则上述步骤S400中最大三角网格数Nmax＝173所在的连续共边群组对应的法向量方向即为牙齿模型底面指向的参考方向。

图3为本申请实施例的牙齿模型自动定向装置的结构图1。如图所示，一种牙齿模型自动定向装置，包括：

模型数据获取模块100，用于获取牙齿模型的三角网格模型数据；

模型网格遍历模块200，用于遍历拼接组成牙齿模型的全部三角网格；

三角网格数获取模块300，用于获取法向量方向相同且连续共边的三角网格群组的三角网格数；

参考方向确定模块400，用于根据最大三角网格数Nmax所在的连续共边群组对应的法向量方向确定牙齿模型底面指向的参考方向；

模型数据转换模块500，用于对牙齿模型数据进行角度和坐标转换处理使牙齿模型以参考方向向下垂直于xy平面；

三维数据存储模块600，用于将处理完成的牙齿模型的三维数据储存于存储单元。

此外，还包括以下可选模块：

支撑单元添加模块700，用于对牙齿模型的底面添加支撑单元。

切片处理模块800，用于将牙齿模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据。

3D打印设备9，用于将切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。

图4为本申请实施例的牙齿模型自动定向装置的结构图2。如图所示，一种牙齿模型自动定向装置，更具体的，包括：

模型数据获取模块100，用于获取牙齿模型的三角网格模型数据；

模型网格遍历模块200，用于遍历拼接组成牙齿模型的全部三角网格；

法向量获取模块320，用于获取所有三角网格的法向量；

连续共边群组获取模块340，用于获取法向量方向相同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；

三角网格数获取模块360，用于由N个连续共边群组中获取每个连续共边群组所包含的三角网格数Ni；

最大网格数获取模块420，用于获取最大三角网格数Nmax；

参考方向确定模块440，用于确定最大三角网格数Nmax所在的连续共边群组对应的法向量方向为牙齿模型底面的指向参考方向；

模型数据转换模块500，用于对牙齿模型数据进行角度和坐标转换处理使牙齿模型以参考方向向下垂直于xy平面；

三维数据存储模块600，用于将处理完成的牙齿模型的三维数据储存于存储单元。

此外，还包括以下可选模块：

支撑单元添加模块700，用于对牙齿模型的底面添加支撑单元。

切片处理模块800，用于将牙齿模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据。

3D打印设备9，用于将切片图像数据导入到3D打印设备进行3D曝光打印。

图5A-B为本申请实施例的牙齿模型添加支撑单元示意图。如图所示，图5A和图5B示意的在在现有技术下的模型预处理过程中，对牙齿模型501进行定向后，保持牙齿模型齿部504向上，使牙齿模型501的底面503添加支撑单元502的情形；其中，图5A展示的是牙齿模型501表面光滑的情况；图5B展示的是牙齿模型501表面具有三角网格505的情况。特别的，图5A和图5B中牙齿模型501还可以取消支撑单元502，直接使牙齿模型501以当前定向后的方向贴底进行打印。具体的，对于单个牙齿模型501，可以采用手动调整定向，但是对于多个牙齿模型501，手动定向效率较低。因此还需要利用本申请所述的方法进行自动定向，才能使模型处理效率得到提高。

图6A-B为本申请实施例的两种牙齿模型底部展示示意图。如图所示，在现有的口腔医学牙齿修复或牙齿正畸过程中，普遍需要对两类牙齿模型进行3D打印，即图6A所示的带有凹槽601的牙齿模型501，和图6B所示的凹槽被填充后底面503平整的牙齿模型501；可以看到图6A所示的牙齿模型501的底面503所在不规则环形平面上具有处于同一平面且相互之间连续共边的三角网格505；而图6B所示的牙齿模型501底面503所在整体平面上具有处于同一平面且相互之间连续共边的三角网格505。特别的，图6A和图6B所示的牙齿模型501的底面503上都具有较为完整的平面结构特征，并且相比于牙齿模型501的齿部504或者侧面的位置，底面503上的法向量方向相同的三角网格505的数量也是最多的，因此本申请所述的牙齿模型自动定向方法，也将围绕此结构特征来实现。

图7A-C为本申请实施例牙齿模型根据最大三角网格数Nmax确定参考方向的示意图。如图所示，图7A基于图6A简化和示意了牙齿模型501的底面503上的三角网格特征，可以看到牙齿模型501的底面503上的不规则环形平面具有多个三角网格505；

图7B基于图7A选取了部分三角网格505进行实例说明，具体的，如三角网格M1-M5这五个三角网格位于位于同一平面，因此三角网格M1-M5的法向量方向相同，又由于三角网格M1-M5连续共边，因此根据图2中的步骤S340，获取法向量方向相同且连续共边的三角网格群组并分为N个连续共边群组；可筛选出底面503平面上包括三角网格M1-M5在内的整个连续共边群组；

图7C基于图7B筛选出的整个连续共边群组，根据图2中的步骤S340，由N个连续共边群组中获取每个连续共边群组所包含的三角网格数Ni；可获得底面503平面上整个连续共边群组所包含的三角网格数Ni＝173；并且，由图6中的牙齿模型501极其所包含的三角网格的特点可知，牙齿模型501的侧面及齿部504上，能够同时满足法向量方向相同和连续共边这两个条件的连续共边群组，其包含的三角网格数远远小于底面503平面上的连续共边群组所包含的三角网格数；因此根据图2中的步骤S420，获取最大三角网格数Nmax，可知底面503平面上整个连续共边群组所包含的三角网格数Ni＝Nmax＝173；

最后根据图2中的步骤S440，确定最大三角网格数Nmax所在的连续共边群组对应的法向量方向为牙齿模型底面的指向参考方向，可确定底面503平面上三角网格的共同的法向量方向，即为牙齿模型501底面503的指向参考方向；在此基础上，再对牙齿模型501的数据进行角度和坐标转换处理并将处理完成的牙齿模型的三维数据储存，就完成了对牙齿模型501的定向。同理，对于图6B所示的第二类牙齿模型501也能按照上述过程实现自动定向。

因此本申请的牙齿模型自动定向方法，借助图6A或图6B中牙齿模型501的底面503上的三角网格平面趋同性，选出共面三角网格数量最多的一组连续共边群组，再由平面上三角网格的共同的法向量方向作为牙齿模型底面指向的最终参考方向，方法思路巧妙，且准确性也较高；尤其对于有凹槽或者无凹槽的牙齿模型都能实现自动定向，对于单个牙齿模型或者多个牙齿模型也能在实现自动定向的基础上提高模型预处理效率。

图8A为实现本申请实施例牙齿模型自动定向方法的电子设备结构框图。如图所示，本图中电子设备8以具有一个处理单元81为例。如图所示，一种电子设备8包括一个处理单元81和一个存储单元82；其中存储单元82存储有可被处理单元81执行的计算机程序80或指令，计算机程序80或指令被处理单元81执行，以使处理单元81能够执行如图1中的步骤S100-步骤S600，或执行如图1中的步骤S100-步骤S900。

存储单元82即为本申请的第三方面，所提供的一种非瞬时计算机可读存储介质。其中，存储单元82存储有可由至少一个处理单元81执行的指令，以使至少一个处理单元81执行时实现如图1中的步骤S100-步骤S600，或实现如图1中的步骤S100-步骤S800。

存储单元82作为一种非瞬时计算机可读存储介质，可用于存储非瞬时软件程序、非瞬时计算机可执行程序以及模块，如执行时实现如图1中的步骤S100-步骤S600对应的程序指令/模块，或实现如图1中的步骤S100-步骤S800对应的程序指令/模块。处理单元81通过运行存储在存储单元82中的非瞬时计算机程序80、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述图1对应的实施例中涉及计算机和处理器的步骤。

存储单元82可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储电子设备8使用方法时所创建的数据等。此外，存储单元82可以包括高速随机存取存储模块，还可以包括非瞬时存储模块，例如至少一个磁盘存储模块件、闪存器件、或其它非瞬时固态存储模块件。在一些实施例中，存储单元82可选包括相对于处理单元81远程设置的存储模块，这些远程存储模块可以通过网络连接至支撑结构生成的电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

此处描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、专用ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入单元、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入单元、和该至少一个输出装置。

这些计算机程序80(也称作程序、软件、软件应用、或者代码)包括可编程处理器的机器指令，并且可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。如本文使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何计算机程序产品、设备、和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储模块、可编程逻辑装置(PLD))，包括，接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何信号。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

图8B为本申请实施例电子设备对3D模型进行预处理切片的示意图。如图所示，用户通过电子设备8运行3D切片软件使用本申请实施例的第一方面提供的一种牙齿模型自动定向方法，对牙齿模型进行定向摆放，再进行步骤S700，对牙齿模型的下部添加支撑单元；再进行步骤S800，将牙齿模型和支撑单元的整体三维数据进行切片处理并获取切片图像数据。

图9A为实现本申请方法牙齿模型自动定向方法的3D打印设备结构框图。如图所示，一种3D打印设备9包括一个控制器91和一个存储器92；其中存储器92存储有可被控制器91执行的打印控制程序90或指令，打印控制程序90或指令被控制器91执行，以使控制器91能够执行如图1中的步骤S900，进而获得支撑单元添加于下部齿部的牙齿模型的整体打印件。

图9B为本申请方法实施后经切片得到的图像数据导入3D打印设备的示意图。如图所示，用户采用移动存储设备10将电子设备8处理获得的支撑单元添加于下部齿部的牙齿模型的切片图像数据和/或打印参数导入到3D打印设备9进行3D曝光打印，进而获得支撑单元添加于下部齿部的牙齿模型的整体打印件。

上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其它因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。