摘 要

随着现在科技和医学的飞速发展，基于虚拟现实技术的手术仿真在医学仿真系统中占据了重要地位。由于模型的体积和患者病例的不断积累，石膏模型的存储变得非常不方便。所以采用数字化技术把模型转换为三维数字模型的技术得以登上历史的舞台。虚拟手术仿真可以模拟活体组织的各种特性，它还为外科医生的培训提供了无尽的实验对象，降低了医学教育成本，为医学教育模式的改革提供了有力的技术支持。

本研究通过三维激光扫描仪扫描牙颌模型，并获取点云数据；应用逆向工程软件CATIA建立了牙颌的实体模型，并通过曲面编辑处理大大提高了模型结构复杂区域的几何相似性；应用ZPrinter310打印出牙颌石膏模型，并评估了建模精度。

本研究基于逆向工程的牙颌模型构造法较石膏取模法相比更精确、更快速，更加适用于口腔医学。

关键词：三维激光扫描仪；牙颌；点云；逆向工程；CATIA

Reverse reconstruction of dental plaster model based on three-dimensional scanning

Abstract

Nowadays with the rapid development of medical science and technology ,the surgery of virtual reality technology takes a very important role in medical simulation system.Due to the practice model volume and patient cases, the storage of gypsum model becomes very inconvenient. So digital technology which puts model into a 3D digital model is on the stage of history. Virtual simulation surgery can simulate all kinds of characteristics of living organisms in tissue . It also provides endless experiment object,as well as strong support for reform of medical education mode, and reducing the cost of medical education.

In this study,The dental jaw was scanned by a 3D laser and thus acquired the raw data. and output editable cloud file. Dental solid model was established in the reverse engineering software CATIA, The surface editing and processing can greatly improve the geometric similarity in complex region of model structure .Dental plaster model is printed out in ZPrinter310,And to assess the model's accuracy.

The dental model construction method based on reverse engineering is more accurate ,suitable and faster compares to gypsum modulus methods.

Keywords: Three-dimensional laser; dental; point cloud; reverse engineering; CATIA

目 录

1 绪论 - 1 -

1.1 课题的背景与意义 - 1 -

1.1.1 三维建模在现代医学口腔中的应用 - 2 -

1.2 国内外相关研究现状 - 4 -

1.2.1 国内外牙颌模型三维扫描环境 - 6 -

1.2.2 国内外逆向工程研究慨况 - 6 -

1.2.3 国内逆向重建的不足 - 7 -

1.3 本文的研究内容与结构 - 7 -

1.4 本章小结 - 9 -

2 基于三维激光扫描的牙颌点云数据采集 - 10 -

2.1 引言 - 10 -

2.2 逆向工程产品设计流程简介 - 10 -

2.3 三维激光扫描简介 - 11 -

2.4 三维扫描建模方案 - 13 -

2.4.1 柯尼卡美能达扫描仪简介 - 15 -

2.5 数据获取 - 16 -

2.6 逆向工程 - 22 -

2.6.1 逆向工程简介 - 22 -

2.6.2 逆向工程实现的步骤及应用领域 - 22 -

2.7 本章小结 - 24 -

3 基于CATIA的牙颌曲面三维重建 - 25 -

3.1 引言 - 25 -

3.2 CATIA的简介 - 25 -

3.2.1 CATIA的比较及优缺点 - 25 -

3.3 三维建模过程 - 28 -

3.4 建立实体模型 - 31 -

3.5 本章小结 - 32 -

4 基于三维打印的牙颌原型加工及参数对比 - 33 -

4.1 引言 - 33 -

4.2 三维打印简介 - 33 -

4.2.1 三维打印工作原理简介 - 34 -

4.2.2 ZPrinter310打印机简介 - 36 -

4.3 牙颌模型三维打印 - 37 -

4.4 模型加工参数及牙颌骨模型的测量 - 40 -

4.5 本章小结 - 44 -

5 总结与展望 - 45 -

5.1 总结 - 45 -

5.2 展望 - 46 -

致 谢 - 47 -

参考文献 - 48 -

1 绪论

1.1 课题的背景与意义

三维数字化牙颌模型在口腔正畸领域有着广泛的应用，是牙科计算机辅助诊断的前提，对于提高口腔正畸自动化水平有重要的意义。由于牙颌石膏模型的自遮挡及视角局限性，一次三维扫描无法获取完整的模型三维信息，必须对模型各个侧面进行分别扫描，然后通过配准技术进行拼接，才能构成一个完整的三维数字化牙颌模型。其中，牙颌模型三维数字化的关键是配准，直接影响到数字化模型的精度。本文重点研究三维曲面配准技术，为三维数字化牙颌模型的建立奠定基础^[1]。

本文分析了牙颌点云数据的特点，根据实际应用的要求，提出了分两步对点云去噪的方法。选用了单元格法去除了奇异噪声并选用双边滤波法对一般噪声进行了平滑，两次去噪的方法去除噪音的基础上，最大程度上保证了模型的特征^[2]。并在点云去噪过后根据点云密度过高的特点，选择了单元格密度过高的特点，选择了单元格对点云数据进行了必要的精简，该方法在保证了模型精度情况下使数据大为减少，为后面进行点云数据高速三维重建奠定了基础。这些方法在试验中呗证实是可行、高效并具有较高精度的^[3]。