DE10352217A1 - Method for aligning an object - Google Patents

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DE10352217A1
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DE10352217A
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German (de)
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Philip von Dr. Schroeter
Michael ZÖLLNER
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Degudent GmbH
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Degudent GmbH
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61C9/00—Impression cups, i.e. impression trays; Impression methods
    • A61C9/004—Means or methods for taking digitized impressions

Abstract

The invention relates to a method for aligning digitized dentures (44) displayed on a screen using an input device and a rectangular coordinate system with X, Y and Z axis (22, 24, 25). The aim of the invention is to provide a method which allows the intuitive and simple alignment of virtual models of teeth or rows of teeth or dentures within the scope of visualizing scan data and the CAD modeling of dentures. For this purpose, the Z axis of the coordinate system extends in the plane of the screen and the X axis extends perpendicularly thereto. The origin (28) of the coordinate system intersects the object displayed on the screen and the object is aligned on the screen by a maximum of five degrees of freedom.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausrichten eines auf einem Monitor dargestellten digitalisierten zahntechnischen Objekts wie Zahnersatz oder Modell von Zähnen unter Verwendung eines Eingabegerätes, wobei ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit X-, Y- und Z-Achse zugrundegelegt wird.The The invention relates to a method for aligning a a digitized dental technical object represented by a monitor like dentures or model of teeth using an input device, wherein a rectangular coordinate system with the X, Y and Z axis as the basis.

Standardmäuse wurden zur Navigation in zweidimensionalen Systemen entwickelt, und zwar im Wesentlichen zur Positionierung eines Mauszeigers auf einem Monitor bzw. PC-Bildschirm. Mit solchen Mäusen lassen sich zwei Translationsfreiheitsgrade steuern und über ein zusätzliches Stellrad gegebenenfalls eine weitere Funktion bedienen. Eine Objektdrehung um die zur Bildschirmebene orthogonale Achse ist mit Standardmäusen nicht direkt, sondern nur in Kombination mit weiteren Eingaben wie Tastatureingaben möglich.Standard mice were developed for navigation in two - dimensional systems, in the Essentially for positioning a mouse pointer on a monitor or PC screen. With such mice Two translational degrees of freedom can be controlled and transmitted via one additional If necessary, operate the adjusting wheel with another function. An object rotation around the screen plane orthogonal axis is not with standard mice directly, but only in combination with other inputs such as keystrokes possible.

Bei einer vollständigen dreidimensionalen Ausrichtung (Objekt wird bewegt) oder Navigation (Kamera bzw. Betrachter wird bewegt) ist die Ansteuerung von sechs Freiheitsgraden erforderlich, nämlich drei Freiheitsgrade für die Translation und drei für die Rotation. Um dies zu realisieren, erfolgt zumeist eine Kombination von Tastatureingaben und Mausbe wegung. Eine intuitive Bedienung ist dabei nicht möglich, vielmehr erfordert es erheblicher Übung und längerer Einarbeitungszeit.at a complete three-dimensional orientation (object is moved) or navigation (camera or viewer is moved) is the control of six degrees of freedom required, namely three degrees of freedom for the translation and three for the Rotation. To realize this, usually a combination is done of keystrokes and mouse movement. An intuitive operation is not possible rather, it requires considerable practice and longer training period.

Zur Navigation bzw. Ausrichtung im dreidimensionalen Raum wurden daher verschiedene Eingabegeräte wie Joysticks oder Trackballs (Kugeln) entwickelt. Mit diesen Eingabegeräten können in der Regel alle sechs Freiheitsgrade intuitiv gesteuert werden, gleichwenn eine präzise Navigation bzw. Ausrichtung einer erheblichen Einarbeitung bedarf. Ein Hauptproblem hierbei ist die unerwünschte Überlagerung von zwei oder mehr Bewegungsrichtungen.to Navigation or alignment in three-dimensional space were therefore various input devices like joysticks or trackballs (balls). With these input devices can in usually all six degrees of freedom are intuitively controlled, as well a precise one Navigation or orientation requires considerable training. One The main problem here is the unwanted overlay of two or more Movement.

Im dentalen Bereich sind keine Systeme bekannt, bei denen eine 3D-Ausrichtung dentaler Modelle mittels eines Eingabegerätes erfolgen kann, das auf die Belange der jeweiligen Aufgabe bzw. der Benutzer abgestimmt ist. Vielmehr werden üblicherweise Standardmäuse benutzt.in the In the dental field, no systems are known that require 3D alignment dental models can be done by means of an input device on the interests of the respective task or the user agreed is. Rather, they are usually standard mice used.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine intuitive und einfache Ausrichtung virtueller Modelle von Zähnen oder Zahnreihen im Rahmen der Visualisierung von Scandaten und der CAD-Modellation von Zahnersatz ermöglicht wird.Of the The present invention is based on the object, a method of the aforementioned type so that an intuitive and easy alignment of virtual models of teeth or rows of teeth as part of the visualization of scan data and CAD modeling of dentures allows becomes.

Die Aufgabe wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass Z-Achse des Koordinatensystems in Monitorebene und X-Achse senkrecht zu dieser Ebene verlaufen und dass das auf dem Monitor dargestellte Objekt vom Ursprung des Koordinatensystems durchsetzt wird und auf dem Monitor maximal um fünf Freiheitsgrade ausgerichtet wird, wobei als erster Freiheitsgrad eine Rotation des Objekts um dessen mit der Z-Achse des Koordinatensystems zusammenfallende Hochachse, als zweiter Freiheitsgrad eine eingeschränkte Rotation um in von der X- und Y-Achse des Koordinatensystems aufgespannter Ebene verlaufende T-Achse, die mit oder in etwa mit Längsachse des Objekts oder mit oder in etwa mit zwischen Abschnitten des Objekts verlaufenden Geraden zusammenfällt, als dritter Freiheitsgrad eine Translation des Objekts entlang dessen Längsachse oder den Geraden und als vierter Freiheitsgrad eine Translation des Objekts zu dessen Zoomen entlang X-Achse gewählt wird. Als fünfter Freiheitsgrad kann eine Rotation um die X-Achse gewählt werden. Die Objektlängsachse selbst kann durch einen Polygonzug gebildet werden, der durch die die Abschnitte, insbesondere Zahnmittelpunkt des Objekts verbindenden Geraden aufgespannt wird.The Task is essentially solved by Z-axis of the coordinate system in monitor plane and X-axis perpendicular to this plane and that the object displayed on the monitor is from the origin of the Coordinate system is interspersed and on the monitor a maximum of five degrees of freedom is aligned, where as the first degree of freedom a rotation of the object about its coincident with the Z-axis of the coordinate system Vertical axis, as second degree of freedom a limited rotation around in the plane defined by the X and Y axes of the coordinate system extending T-axis, with or about the longitudinal axis of the object or with or about with between sections of the object coinciding straight line, as the third degree of freedom, a translation of the object along it Longitudinal axis or the line and, as the fourth degree of freedom, a translation of the object to zoom in along the X-axis. As the fifth degree of freedom You can choose a rotation around the X-axis. The object longitudinal axis itself can be formed by a polygonal line passing through the connecting the sections, in particular tooth center of the object Straightening straight line.

Unabhängig hiervon ist jedoch insbesondere vorgesehen, dass die Ausrichtung des Objekts auf vier Freiheitsgrade beschränkt wird.Independent of this However, in particular, it is provided that the orientation of the object limited to four degrees of freedom becomes.

Das beschränkte Rotieren um die T-Achse (zweiter Freiheitsgrad) wird dabei durch Hin- und -Herschwenken des Objekts realisiert.The limited Rotating about the T-axis (second degree of freedom) is doing through Swinging back and forth realized the object.

Im Gegensatz zu technischen 3D-CAD-Systemen, mit deren Hilfe beliebige Objekte darzustellen und zu manipulieren sind, was eine Objektbewegung um alle 6 Freiheitsgrade erfordert, erfolgt bei der CAD-Modellation von Zahnersatz erfindungsgemäß eine vereinfachende Reduktion auf 4 bzw. 5 Freiheitsgrade. Es genügt, die sichtbaren Außenflächen der virtuellen Zahnkronen einer Zahnreihe zu betrachten. Umliegende Bereiche wie Kieferknochen, Zunge oder Lippen sind für zahntechnische Restaurationen nicht von Bedeutung und werden auch nicht digitalisiert. Auch die vom Zahnfleisch verdeckte Zahnwurzel und das Innere des Zahnes werden bei der computergestützten Zahnrestauration nicht berücksichtigt.in the Unlike technical 3D CAD systems, with the help of any Representing and manipulating objects are what an object movement is about all 6 degrees of freedom required, is done in CAD modeling of dentures according to the invention a simplifying Reduction to 4 or 5 degrees of freedom. It suffices to see the visible outer surfaces of the to look at virtual tooth crowns of a row of teeth. surrounding Areas such as jawbone, tongue or lips are for dental technician Restorations are not important and are not digitized. Also, the gum concealed tooth root and the interior of the Tooth does not become with the computer-aided tooth restoration considered.

Mit anderen Worten sieht die Erfindung ein Verfahren zur Ausrichtung eines auf einem Monitor in einem Koordinatensystem dargestellten digitalisierten Ausschnitts eines Objekts, insbesondere einer Zahnreihe, unter Verwendung eines Eingabegerätes vor, wobei das Objekt um maximal fünf, vorzugsweise vier Freiheitsgrade ausgerichtet wird:

  • 1. Rotation um die Hochachse (Z-Achse) durch den Koordinatenursprung,
  • 2. Rotation um die Objektlängsachse (T-Achse), die entlang der Zahnreihe durch den Koordinatenursprung verläuft, wobei die Rotation eingeschränkt ist, also ein Kippen erfolgt,
  • 3. Translation des Objekts entlang der Objektlängsachse (T-Achse) und insoweit eingeschränkt, als dass der Koordinatenursprung stets innerhalb des Objekts liegt, und
  • 4. Translation entlang der X-Achse vom Koordinatenursprung zum Betrachter hin (Zoom),
wobei der Ursprung des Koordinatensystems im oder im Wesentlichen im Bildschirmmittelpunkt verbleiben sollte.In other words, the invention provides a method for aligning a digitized section, illustrated on a monitor in a coordinate system, of an object, in particular a row of teeth, using an input device, wherein the object is aligned by a maximum of five, preferably four degrees of freedom:
  • 1. Rotation around the vertical axis (Z-axis) the origin of the coordinates,
  • 2. rotation about the object longitudinal axis (T-axis), which runs along the row of teeth through the coordinate origin, wherein the rotation is limited, ie a tilting takes place,
  • 3. Translation of the object along the object longitudinal axis (T-axis) and insofar limited as that the coordinate origin is always within the object, and
  • 4. Translation along the X axis from the origin to the viewer (zoom),
wherein the origin of the coordinate system should remain at or substantially at the center of the screen.

Bei Darstellung größerer Ausschnitte des Zahnbogens kann die Objektlängsachse (T) durch einen Polygonzug gebildet werden, der aus Abschnitten zusammengesetzt ist, die aus geradlinigen Verbindungen zwischen Zahnmittelpunkten bestehen können.at Presentation of larger sections of the dental arch can be the object longitudinal axis (T) are formed by a polygon, consisting of sections is composed of straight-line connections between Dental centers can exist.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zum Ausrichten des Objekts verwendete Eingabegerät Eingabeelemente aufweist, über die das Ausrichten des Objekts um die jeweiligen Freiheitsgrade getrennt voneinander durchgeführt wird. Dabei wird als das Eingabegerät insbesondere ein solches mit vier Eingabeelementen verwendet, wobei ein Eingabeelement ein Umschalter zur Doppelbelegung eines weiteren Eingabeelementes sein kann.In Further development of the invention is provided that for aligning The input device used in the object has input elements via which the alignment of the object separated by the respective degrees of freedom is carried out from each other. It is called the input device In particular, such one used with four input elements, wherein an input element a switch for double occupancy of another Input element can be.

In Ausgestaltung ist als ein oder mehrere Eingabeelemente ein Stellrad vorgesehen. Auch kann als Eingabegerät ein mit Funktionen von zumindest zwei Eingabeelementen ausübender Trackball verwendet werden.In Embodiment is as one or more input elements a thumbwheel intended. Also, as an input device with functions of at least two input elements exercising Trackball can be used.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird als Eingabegerät ein solches verwendet, das ein erstes und ein zweites jeweils um zumindest eine Achse drehbares Eingabeelement sowie eine Taste als drittes Eingabeelement umfasst, wobei beim Betätigen des ersten Eingabeelementes das Objekt um eine erste Achse (T-Achse) und bei Betätigen des zweiten Eingabeelementes das Objekt um eine senkrecht zur ersten Achse verlaufende zweite Achse (Z-Achse) gedreht wird, bei gleichzeitigem Betätigen des dritten Eingabeelementes und des ersten oder des zweiten Eingabeelementes das Objekt entlang einer der Achsen verschoben wird und bei Betätigen des dritten Eingabeelementes und des zweiten oder ersten Eingabeelementes Darstellung des Objekts entlang senkrecht zur ersten und zweiten Achse verstellt wird (Zoom) (Verstellen entlang X-Achse).To a preferred embodiment as an input device One such uses a first and a second one each at least one axis rotatable input element and a button as third input element comprises, wherein upon actuation of the first input element the object about a first axis (T-axis) and upon actuation of the second input element the object around a second perpendicular to the first axis Axis (Z-axis) is rotated while pressing the third input element and the first or the second input element the object is moved along one of the axes and upon actuation of the third input element and the second or first input element Representation of the object along perpendicular to the first and second Axis is adjusted (zoom) (adjustment along X-axis).

Bei der Verwendung eines Trackballs (Kugel) als eines der Eingabeelemente kann das Objekt um die erste und zweite Achse sowie um eine senkrecht zu dieser verlaufenden Achse durch analoge Drehung des Trackballs gedreht werden.at Using a trackball (ball) as one of the input elements can move the object around the first and second axis as well as around a perpendicular to this extending axis rotated by analog rotation of the trackball become.

Nach einem alternativen Vorschlag ist vorgesehen, dass das Eingabegerät Bedienelemente wie Stellräder aufweist, mit denen jeweils eine der vier Objektbewegungen isoliert ausgeführt werden kann.To an alternative proposal is provided that the input device controls like thumbwheels has, with each one of the four object movements isolated accomplished can be.

Die Bedienelemente sind für eine intuitive Bedienbarkeit in Richtung der auszuführenden Bewegungen angeordnet. Beispielsweise wird die Drehung um die Hochachse durch ein Stellrad mit senkrechter Drehachse angesteuert, die Drehung um die Objektlängsachse und die beiden Translationen durch Stellräder mit waagerechten oder annähernd waagerechten Drehachsen.The Controls are for intuitive operation in the direction of the executed Movements arranged. For example, the rotation around the vertical axis controlled by a thumbwheel with a vertical axis of rotation, the rotation around the object's longitudinal axis and the two translations by adjusting wheels with horizontal or approximately horizontal Rotary axes.

Dabei kann zur Verringerung des konstruktiven Aufwands ein Bedienelement für zwei oder drei ähnlich orientierte Bewegungen (z.B. Kippen und Zoom) verwendet werden, wenn es, z. B. mittels eines Umschalters, mehrfach belegt wird.there can be a control to reduce the design effort for two or three similar oriented movements (e.g., tilt and zoom) can be used, if it is, for. B. by means of a switch, is repeatedly occupied.

In einer weiteren Ausführungsform werden die beiden Rotationen durch Verwendung einer Kugel (Trackball) zusammengefasst.In a further embodiment are the two rotations by using a ball (trackball) summarized.

Die Verwendung einer Kugel (Trackball) erlaubt die Einbeziehung der Rotation um die dritte Achse ohne ein zusätzliches Bedienelement. In diesem Fall ist die Objektbewegung auf 5 Freiheitsgrade beschränkt.The Use of a ball (trackball) allows the inclusion of Rotation around the third axis without an additional control element. In In this case, the object movement is limited to 5 degrees of freedom.

Weiterhin ist die Verwendung einer Standardmaus vorgesehen, mit der die vier Bewegungen durch Kombinationen von Mausbewegung, Tastenbetätigung und Betätigung des Stellrades (Scroll) realisiert werden. Allerdings entsprechen hierbei nicht alle Bewegungen von Maus und Bedienelementen den Bewegungen des Objekts.Farther the use of a standard mouse is provided, with which the four Movements through combinations of mouse movement, key press and activity of the adjusting wheel (scroll) can be realized. However, they correspond not all movements of the mouse and the controls during the movements of the object.

Unabhängig davon, ob das erfindungsgemäße Ausrichtungskonzept anwendungsspezifisch auf vier oder fünf Freiheitsgrade beschränkt ist, erfolgt zusätzlich eine eingeschränkte Bewegung des Objekts, insbesondere in Bezug auf die Translationsbewegung entlang Längsachse des Objektes (T-Achse) sowie Drehung (Kippung) um diese Achse. Eine vollständige Rotation wird jedoch um die senkrechte und zur T-Achse orthogonal verlaufende Achse ermöglicht.Independently of, whether the alignment concept according to the invention application-specific limited to four or five degrees of freedom, additionally a limited Movement of the object, in particular with respect to the translational movement along the longitudinal axis of the object (T-axis) and rotation (tilting) about this axis. A full However, rotation becomes orthogonal around the vertical and T-axis extending axis allows.

Erfindungsgemäß und abweichend von technischen CAD-Systemen kann eine Objektausrichtung durch Beschränkung der Freiheitsgrade und durch Trennung der einzelnen Bewegungen vereinfacht werden. Somit kann die erfindungsgemäße Lehre von Personen genutzt werden, die geringe oder nur durchschnittliche PC-Erfahrungen aufweisen. Aufwendige bzw. kostspielige Schulungskurse oder lange Einarbeitungsphasen sind somit nicht erforderlich. Es ist eine einfache intuitive Bedienung möglich.According to the invention and deviating from technical CAD systems, an object orientation can be simplified by restricting the degrees of freedom and by separating the individual movements. Thus, the teaching of the invention can be used by individuals who have low or average PC experience sen. Elaborate or costly training courses or long training phases are therefore not required. It is a simple intuitive operation possible.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.Further Details, advantages and features of the invention do not arise only from the claims, the characteristics to be taken for them - alone and / or in combination - but also from the description below of the drawing to be taken preferred embodiments.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Prinzipdarstellung eines Eingabegerätes mit vier Stellrädern, 1 a schematic diagram of an input device with four setting wheels,

2 eine Prinzipdarstellung eines Eingabegerätes mit drei Stellrädern und einem Umschalter (Taster), 2 a schematic representation of an input device with three setting wheels and a switch (button),

3 eine Prinzipdarstellung eines Eingabegerätes mit einer Kugel (Trackball) und zwei Stellrädern, 3 a schematic diagram of an input device with a ball (trackball) and two setting wheels,

4 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Eingabegerätes, 4 a schematic diagram of another embodiment of an input device,

5 eine Prinzipdarstellung einer kurzen Zahnreihe zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Ausrichtungs- bzw. Navigatorkonzeptes, 5 a schematic representation of a short row of teeth for explaining the alignment or navigator concept according to the invention,

6 eine Prinzipdarstellung einer langen Zahnreihe mit als Polygonzug ausgeführter Objektmittelachse (T-Achse). 6 a schematic diagram of a long row of teeth designed as a polygonal object center line (T-axis).

In 1 bis 3 sind drei Ausführungsformen 1, 2, 3 eines Eingabegerätes, jeweils in Form einer vereinfachten Maus dargestellt, um eine Ausrichtung virtueller Modelle von Zähnen 18, 26 oder Zahnreihen im Rahmen der Visualisierung von Scandaten oder der CAD-Modellation von Zahnersatz zu ermöglichen.In 1 to 3 are three embodiments 1 . 2 . 3 an input device, each shown in the form of a simplified mouse to align virtual models of teeth 18 . 26 or to enable tooth rows in the context of the visualization of scan data or the CAD modeling of dentures.

Durch die Bedienung einzelner Eingabeelemente 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 bzw. kombinierte Nutzung dieser besteht die Möglichkeit, auf einem Monitor, der an einen PC angeschlossen ist, mit dem wiederum das Eingabegerät 1, 2, 3 bzw. die Maus verbunden ist, ein Objekt wie einen Zahnersatz 18 mit anwendungsspezifisch auf vier bzw. fünf Freiheitsgrade eingeschränkter Bewegung navigieren zu können. Der Zahnersatz 18 ist in einem Koordinatensystem navigierbar, das eine T-Achse 20, einer orthogonal hierzu verlaufend eine vertikal verlaufende Z-Achse 22 sowie eine senkrecht zur Darstellungsebene (Monitor) verlaufende X-Achse 24 aufweist. Koordinatenursprung 28 verläuft im Mittelpunkt des Monitors.Through the operation of individual input elements 10 . 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 or combined use of this, it is possible on a monitor that is connected to a PC, in turn, the input device 1 . 2 . 3 or the mouse is connected, an object such as a denture 18 navigate with application-specific to four or five degrees of freedom restricted movement. The dentures 18 is navigable in a coordinate system that is a T-axis 20 , an orthogonal extending to a vertical Z-axis 22 and a perpendicular to the display plane (monitor) extending X-axis 24 having. origin 28 runs in the center of the monitor.

X-Achse 24 und Z-Achse 22 verlaufen senkrecht zueinander. Gleiches gilt für Z-Achse 22 und T-Achse 20. Die T-Achse 20 verläuft des Weiteren in einer Ebene eines rechtwinkli gen Koordinatensystems, das die X-Achse 24 und die Z-Achse 20 sowie eine Y-Achse umfasst. Die Y-Achse spannt mit der X-Achse 24 die Ebene für die T-Achse 20 auf. Y-Achse und T-Achse 20 können, müssen jedoch nicht zusammenfallen.X axis 24 and Z axis 22 are perpendicular to each other. The same applies to the Z axis 22 and T axis 20 , The T axis 20 Furthermore, it runs in a plane of a rectangular coordinate system, which is the X-axis 24 and the Z-axis 20 and a Y-axis. The Y-axis spans with the X-axis 24 the plane for the T-axis 20 on. Y-axis and T-axis 20 but they do not have to coincide.

Die T-Achse 20 fällt mit Mittelachse des digitalisierten länglichen Objekts 18, also dem Zahnersatz, zusammen. Die T-Achse 20 endet an den Objektgrenzen, wird jedoch darüber hinaus angezeigt. Um das Objekt 18 entlang der T-Achse 20 zu verschieben (scheinbare Verschiebung des Koordinatenursprungs 28) (TransT) wird bei Nutzung aller drei Varianten des Eingabegerätes 1, 2, 3 das Stellrad 12 gedreht. Um eine eingeschränkte Rotation (Kippen) um ca. 120° um die T-Achse 20 zu ermöglichen (RotT), wird beim Eingabegerät 1 das Stellrad 11 gedreht und bei Eingabegerät 2 das Stellrad 14. Bei Eingabegerät 3 wird die Kugel (Trackball) 16 um eine horizontale Achse gedreht, die zur Mittelachse (T) des digitalisierten Objektes parallel verläuft.The T axis 20 coincides with the central axis of the digitized elongated object 18 , so the dentures, together. The T axis 20 ends at the object boundaries, but is also displayed. To the object 18 along the T axis 20 to shift (apparent shift of the coordinate origin 28 ) (Trans T ) becomes when using all three variants of the input device 1 . 2 . 3 the thumbwheel 12 turned. To a limited rotation (tilting) by about 120 ° around the T-axis 20 to enable (red T ), is at the input device 1 the thumbwheel 11 rotated and at input device 2 the thumbwheel 14 , At input device 3 will the ball (trackball) 16 rotated about a horizontal axis parallel to the central axis (T) of the digitized object.

Um eine vollständige Drehung um die Z-Achse 22 (RotZ) durchzuführen, wird bei Eingabegeräten 1 und 2 das Stellrad 10 bedient, bei Eingabegerät 3 wird die Kugel 16 um ihre Hochachse (Z) gedreht. Um schließlich ein Zoomen zu ermöglichen, also Translation entlang der durch den Koordinatenursprung 24 und senkrecht zu den Achsen 20, 22 verlaufenden Achse 24 durchzuführen, wird bei den Eingabegeräten 1 und 3 das Stellrad 13 benutzt und bei Eingabegerät 2 die Taste 15 gedrückt und gehalten und zusätzlich das Stellrad 14 gedreht. Dabei kann der Zahnersatz 18 nicht "verlorengehen", da der Koordinatenursprung 24 im Mittelpunkt des Monitors verbleibt.To complete a turn around the Z axis 22 (Red Z ) is used on input devices 1 and 2 the thumbwheel 10 operated, with input device 3 the ball 16 is rotated about its vertical axis (Z). Finally, to allow zooming, so translation along the by the coordinate origin 24 and perpendicular to the axes 20 . 22 extending axis 24 perform at the input devices 1 and 3 the thumbwheel 13 used and at input device 2 the key 15 pressed and held and in addition the thumbwheel 14 turned. This can be the dentures 18 not "lost" because of the origin of the coordinates 24 remains in the center of the monitor.

Das Eingabegerät 3 ermöglicht zusätzlich eine Drehung um die zur Hochachse (Z) und Objektlängsachse (T) orthogonale X-Achse 24. Dazu ist die Kugel 16 um eine horizontale Achse zu drehen, die orthogonal zur Objektlängsachse (T) verläuft.The input device 3 additionally allows rotation about the X-axis orthogonal to the vertical axis (Z) and the object longitudinal axis (T) 24 , This is the ball 16 to rotate about a horizontal axis that is orthogonal to the object longitudinal axis (T).

Mit den Eingabegeräten 1, 2 oder 3 ist ein Ausrichtungskonzept mit anwendungsspezifisch auf vier Freiheitsgrade eingeschränkte Bewegung möglich, und zwar volle Rotation um die Hochachse 22, beschränkte Translation (TransT) entlang der T-Achse 20, beschränkte Ro tation (Kippen) um die Achse 20. Weitere einschränkende und damit vereinfachende Bedingung ist, dass der Koordinatenursprung 28 stets im Zentrum des Monitors liegt. Somit kann das darzustellende Objekt 18, 26 beim Zoomen nie außerhalb des Bildschirmausschnitts geraten. Diese auf vier Freiheitsgrade eingeschränkte Bewegung wird erwähntermaßen mit den Eingabegeräten 1, 2 und 3 realisiert. Die volle Rotation um die Z-Achse 22 wird durch Bedienen des Stellrings 10 bzw. der Kugel 16, die beschränkte Translation entlang der T-Achse 20 durch den Stellring 12, die beschränkte Rotation (Kippung) um die T-Achse 20 durch das Stellrad 11 bzw. das Stellrad 14 bzw. durch die Kugel 16 und die Translation entlang der zur Monitorebene senkrecht verlaufenden Ebene (Zoom) durch das Stellrad 13 bzw. 14 bei gehaltener Taste 15 realisiert.With the input devices 1 . 2 or 3 is an alignment concept with application-specific restricted to four degrees of freedom movement, namely full rotation about the vertical axis 22 , limited translation (Trans T ) along the T axis 20 , limited rotation (tilting) about the axis 20 , Another limiting and thus simplifying condition is that the coordinate origin 28 always in the center of the monitor. Thus, the object to be displayed 18 . 26 never zoom outside the screen when zooming. These Motion restricted to four degrees of freedom is mentioned with the input devices 1 . 2 and 3 realized. The full rotation around the Z-axis 22 is achieved by operating the adjusting ring 10 or the ball 16 , the limited translation along the T axis 20 through the collar 12 , the limited rotation (tilting) around the T-axis 20 through the wheel 11 or the thumbwheel 14 or by the ball 16 and the translation along the plane perpendicular to the monitor plane (zoom) through the wheel 13 respectively. 14 while holding down the button 15 realized.

Soll ein Ausrichtungskonzept mit anwendungsspezifisch auf fünf Freiheitsgrade eingeschränkter Bewegung erfolgen, so kann ein Eingabegerät benutzt werden, das einen Trackball (Kugel) sowie zwei Stellringe umfasst. Durch Nutzung der entsprechenden Eingabeelemente einzeln oder in Kombination besteht die Möglichkeit, eine Rotation um die T-Achse, eine Rotation um die Z-Achse, eine Rotation um die senkrecht zu der Monitorebene und der Z-Achse verlaufende X-Achse, eine beschränkte Translation entlang der T-Achse, also entlang Längserstreckung des zu navigierenden Objektes sowie eine Translation entlang der zur Monitorebene orthogonal verlaufenden X-Achse (Zoom) durchzuführen. Dies kann aufgrund folgender Eingabeelementennutzung erfolgen:

  • – die Rotation um die horizontale Achse (T-Achse) durch analoge Drehung des Trackballs,
  • – die Rotation um die vertikale Achse (Z-Achse) durch analoge Drehung des Trackball s,
  • – die Rotation um die senkrecht zu der horizontal und vertikal verlaufenden Achse durch analoge Drehung des Trackballs,
  • – die beschränkte Translation entlang der Längserstreckung des Objektes, also der T-Achse durch den ersten Stellring, und das Zoomen (Translation) entlang der senkrecht zur Monitorebene verlaufenden Achse durch den zweiten Stellring.
If an alignment concept is to be carried out with application-limited movement limited to five degrees of freedom, an input device can be used which comprises a trackball (ball) and two setting rings. By use of the respective input elements singly or in combination, there is the possibility of rotation about the T-axis, rotation about the Z-axis, rotation about the X-axis perpendicular to the monitor plane and the Z-axis, a limited translation along the T-axis, ie along the longitudinal extension of the object to be navigated and a translation along the orthogonal to the monitor plane extending X-axis (zoom) perform. This can be due to the following input element usage:
  • The rotation about the horizontal axis (T-axis) by analogous rotation of the trackball,
  • The rotation about the vertical axis (Z-axis) by analogous rotation of the trackball s,
  • The rotation about the axis perpendicular to the horizontal and vertical axis by analogous rotation of the trackball,
  • - The limited translation along the longitudinal extent of the object, ie the T-axis through the first adjusting ring, and the zooming (translation) along the plane perpendicular to the monitor plane axis through the second adjusting ring.

In der 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Eingabegerätes in Form einer Maus 30 dargestellt, um eine Navigation virtueller Modelle von Zähnen oder Zahnreihen im Rahmen der Visualisierung von Scandaten oder der CAD-Modellation von Zahnersatz zu ermöglichen. Die Maus 30 umfasst eine Drehscheibe bzw. einen Stellring („JOG DIAL") 32 als erstes Bedienelement und ein von diesem umgebenes Drehrad („Scroll") 34 oder einen Trackball als zweites Bedienelement sowie eine Taste 36 als drittes Bedienelement.In the 4 is another embodiment of an input device in the form of a mouse 30 to enable navigation of virtual models of teeth or rows of teeth as part of the visualization of scan data or the CAD modeling of dentures. The mouse 30 includes a turntable or an adjusting ring ("JOG DIAL") 32 as the first control element and a rotary wheel surrounded by it ("scroll") 34 or a trackball as a second control and a button 36 as the third operating element.

Durch die Bedienung der einzelnen Eingabeelemente bzw. kombinierte Nutzung dieser besteht die Möglichkeit, auf einem Monitor, der an einen PC angeschlossen ist, mit dem wiederum die Maus verbunden ist, ein Objekt wie den Zahnersatz 18, 26 anwendungsspezifisch auf vier bzw. fünf Freiheitsgrade eingeschränkter Bewegung navigieren zu können.Through the operation of the individual input elements or combined use of these, it is possible, on a monitor that is connected to a PC, which in turn is connected to the mouse, an object such as the dentures 18 . 26 application-specific to be able to navigate to four or five degrees of freedom of restricted movement.

Um das Objekt 18, 26 entlang der 7-Achse 20 zu verschieben (scheinbare Verschiebung des Koordinatenursprungs) (TransT) wird bei Nutzung des Eingabegerätes 30 die Taste 36 zusammen mit der Drehscheibe bzw. dem Stellring 32 benutzt. Um eine eingeschränkte Rotation (Kippen) um ca. 60 – 90° um die T-Achse 20 zu ermöglichen (RotT), wird die Drehscheibe bzw. der Stellring 34 benutzt.To the object 18 . 26 along the 7-axis 20 to shift (apparent shift of the coordinate origin) (Trans T ) is when using the input device 30 the key 36 together with the turntable or the adjusting ring 32 used. To a limited rotation (tilting) by about 60 - 90 ° around the T-axis 20 to enable (red T ), the turntable or the adjusting ring 34 used.

Um eine vollständige Drehung um die Z-Achse 22 (RotZ) durchzuführen, wird das Dreh- bzw. Stellrad 32 bedient. Um schließlich ein Zoomen zu ermöglichen, also Translation entlang der durch den Koordinatenursprung 24 und senkrecht zu der Achse 22 verlaufenden Achse 24 (X-Achse) durchzuführen, werden die Taste 36 und das Dreh- bzw. Stellrad 34 gleichzeitig benutzt. Dabei kann der Zahnersatz 18 nicht „verlorengehen", da der Koordinatenursprung 28 im Mittelpunkt des Monitors verbleibt.To complete a turn around the Z axis 22 (Rot Z ), the rotary or adjusting wheel 32 served. Finally, to allow zooming, so translation along the by the coordinate origin 24 and perpendicular to the axis 22 extending axis 24 (X-axis), the key 36 and the rotary or setting wheel 34 used at the same time. This can be the dentures 18 not "lost" because of the origin of the coordinates 28 remains in the center of the monitor.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre wird eine intuitive und einfache Ausrichtung virtueller Modelle von Zähnen oder Zahnreihen im Rahmen der Visualisierung von Scandaten und der CAD-Modellation von Zahnersatz ermöglicht.by virtue of the teaching of the invention becomes an intuitive and easy alignment of virtual models of teeth or rows of teeth in the context of the visualization of scan data and the CAD modeling of dentures allows.

Claims (16)

Verfahren zum Ausrichten eines auf einem Monitor dargestellten digitalisierten zahntechnischen Objekts wie Zahnersatz oder Modell von Zähnen unter Verwendung eines Eingabegerätes, wobei ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit X-, Y- und Z-Achse zugrundegelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Z-Achse des Koordinatensystems in Monitorebene und X-Achse senkrecht zu dieser verlaufen und dass das auf dem Monitor dargestellte Objekt vom Ursprung des Koordinatensystems durchsetzt wird und auf dem Monitor maximal um fünf Freiheitsgrade ausgerichtet wird, wobei als erster Freiheitsgrad eine Rotation des Objekts um dessen mit der Z-Achse des Koordinatensystems zusammenfallende Hochachse, als zweiter Freiheitsgrad eine eingeschränkte Rotation um in von der X- und Y-Achse des Koordinatensystems aufgespannter Ebene verlaufende T-Achse, die mit oder in etwa mit Längsachse des Objekts oder mit oder in etwa mit zwischen Abschnitten des Objekts verlaufenden Geraden zusammenfällt, als dritter Freiheitsgrad eine Translation des Objekts entlang dessen Längsachse oder der Geraden und als vierter Freiheitsgrad eine Translation des Objekts zu dessen Zoomen entlang X-Achse gewählt wird.Method for aligning a digitized dental object represented on a monitor, such as tooth replacement or model of teeth, using an input device, on the basis of an X-axis, Y-axis and Z-axis rectangular coordinate system, characterized in that the Z-axis of the coordinate system is in the monitor plane and X-axis perpendicular to this and that the object shown on the monitor is penetrated by the origin of the coordinate system and is aligned on the monitor by a maximum of five degrees of freedom, as a first degree of freedom, a rotation of the object about its with the Z-axis of the coordinate system coincident vertical axis, as second degree of freedom a restricted rotation about in T-axis extending in the plane spanned by the X- and Y-axis of the coordinate system coincides with or approximately with the longitudinal axis of the object or with or approximately with extending between sections of the object straight lines , as third Degree of freedom is a translation of the object along its longitudinal axis or the straight line and selected as the fourth degree of freedom is a translation of the object to its zooming along the X-axis. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als fünfter Freiheitsgrad eine Rotation des Objekts um die X-Achse des Koordinatensystems gewählt wird.Method according to claim 1, characterized in that that as fifth Degree of freedom a rotation of the object about the X-axis of the coordinate system chosen becomes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektlängsachse durch einen Polygonzug gebildet wird, der durch die Abschnitte, insbesondere Zahnmittelpunkte, des Objekts verbindende Geraden aufgespannt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the object longitudinal axis is formed by a polygonal line, which is spanned by the sections, in particular tooth center points, of the object connecting straight lines. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine eingeschränkte Translation des Objekts entlang der T-Achse ermöglicht wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that a limited translation of the object along the T-axis allows becomes. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koordinatensystem in seinem Ursprung derart auf dem Monitor dargestellt wird, dass dieser unabhängig von der Bewegung des Objekts in vorgegebener Position auf dem Monitor verbleibt.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the coordinate system in its origin in such a way shown on the monitor that this is independent of the movement of the object in a predetermined position on the monitor remains. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koordinatenursprung in oder etwa in Mittelpunkt des Monitors gelegt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the coordinate origin in or about placed in the center of the monitor. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrichten des Objekts auf dem Bildschirm auf vier Freiheitsgrade beschränkt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the alignment of the object on the Screen is limited to four degrees of freedom. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das beschränkte Rotieren um die T-Achse (zweiter Freiheitsgrad) durch Hin- und Herschwenken des Objekts realisiert wird.Method according to at least one of the preceding Claims, by characterized in that the limited Rotate about the T-axis (second degree of freedom) by swinging back and forth the object is realized. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zum Ausrichten des Objekts auf dem Monitor verwendete Eingabegerät Eingabeelemente aufweist, über die das Ausrichten des Objekts um die jeweiligen Freiheitsgrade getrennt voneinander durchgeführt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that for aligning the object The input device used in the monitor has input elements via which the alignment of the object separated by the respective degrees of freedom performed from each other becomes. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das Eingabegerät ein solches mit vier Eingabeelementen verwendet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that as the input device one with four input elements is used. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ein Eingabeelement ein Umschalter zur Doppelbelegung eines weiteren Eingabeelementes verwendet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that as an input element a switch is used for double occupancy of another input element. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ein oder mehrere Eingabeelemente ein Stellrad verwendet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that as one or more input elements a thumbwheel is used. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das Eingabegerät ein mit Funktionen von zumindest zwei Eingabeelementen ausübender Trackball verwendet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that as the input device one with functions of at least two input elements exercising Trackball is used. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingabegerät ein solches verwendet wird, das ein erstes und ein zweites jeweils um zumindest eine Achse drehbares Eingabeelement sowie eine Taste als drittes Eingabeelement umfasst, wobei bei Betätigen des ersten Eingabeelementes das Objekt um eine erste Achse (T-Achse) und bei Betätigen des zweiten Eingabeelementes das Objekt um eine senkrecht zur ersten Achse verlaufende zweite Achse (Z-Achse) gedreht wird, bei gleichzeitigem Betätigen des dritten Eingabeelementes und des ersten oder zweiten Eingabeelementes das Objekt entlang einer der Achsen verschoben wird und bei Betätigen des dritten Eingabeelementes und des zweiten oder ersten Eingabeelementes Darstellung des Objektes entlang senkrecht zur ersten und zweiten Achse (X-Achse) verstellt wird (Zoomen).Method according to at least one of the preceding Claims, by characterized in that as input device such is used, the a first and a second rotatable about at least one axis Includes input element and a key as a third input element, wherein when pressed of the first input element, the object about a first axis (T-axis) and when pressed of the second input element, the object about a perpendicular to the first Axis extending second axis (Z-axis) is rotated, at the same time Press the third input element and the first or second input element the object is moved along one of the axes and on actuation of the third Input element and the second or first input element representation of the object along perpendicular to the first and second axis (X-axis) is adjusted (zooming). Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Trackballs (Kugel) als eines der Eingabeelemente das Objekt um die erste und zweite Achse sowie um eine senkrecht zu diesem verlaufende Achse durch analoge Drehung des Trackballs gedreht wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that when using a trackball (ball) as one of the input elements, the object around the first and second Axis and about an axis perpendicular to this axis analog rotation of the trackball is rotated. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt durch wahlweises Betätigen einzelner Eingabeelemente sowie kombiniertes Betätigen von zwei Eingabeelementen um vier Freiheitsgrade eingeschränkt bewegt wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the object is activated by selectively actuating individual ones Input elements and combined actuation of two input elements restricted by four degrees of freedom is moved.
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