CN101681527A - 用于生成对象的模型的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种生成由第二对象的模型得到的现实对象模型的方法包括测量与所述第二对象的模型中的可识别的部件相对应的现实对象的相对应的可识别的部件的参数，所述第二对象的模型由数据点阵列、多个可识别的部件以及多个另外的部件限定。利用所测量的参数生成限定所述现实对象的第一模型的数据点阵列。通过以下来生成所述现实对象的另外的模型：使所述第二对象的模型与所述现实对象的所述第一模型基本上对齐、将所述第二对象的模型中表示的可识别的部件放入与如由所测量的参数限定的现实对象中的等效部件的位置相对应的位置中、将所述第二对象的模型中表示的所述另外的部件放入所述现实对象的所述第一模型上的位置中以表示所述现实对象中的相对应的部件、以及调整被放置在所述现实对象的所述第一模型上的部件中的一个或多个的位置来生成所述现实对象的另外的模型。也公开了一种用于生成现实对象模型的设备。

Description

用于生成对象的模型的方法和设备

技术领域

本发明涉及生成现实对象的模型的方法和用于生成对象的模型的设备，所述对象优选是一组牙齿位于其中的颌。

背景技术

众所周知，个体遭受的许多牙齿问题可能是由于错误的牙刷使用，所述错误的牙刷使用起因于不良的刷牙方法和/或使用的牙刷的设计，所述不良的刷牙方法和/或使用的牙刷的设计二者都可以导致刷子不能接触个体的牙齿的某些区域。本申请人的已公开的国际专利申请WO02/083257涉及用于捕获和显示个体的刷牙行为的基于计算机的系统。在该系统中，为每个个体生成一组两个逼真的计算机模型，所述模型各自用于上颌和下颌。在这种情况下，术语“计算机模型”意味着存储在计算机内的、被限定为一组连接的多边形的几何形状，所述几何形状可以被再现成计算机屏幕上的视觉表示。由于两个原因需要这些模型，首先是为了进行与刷牙有效性有关的测量，并且其次是为了为个体创建可信的屏幕反馈(on-screen feedback)。

在WO 02/083257中，生成这些计算机模型的一个方法被描述为使用牙齿铸型(teeth-cast)。所述牙齿几何形状主要被描述为通过使用常规牙科技术制作物理的牙齿铸型来创建并且然后使用激光扫描技术将这些物理的牙齿铸型扫描成高水平的详细几何形状。

在一些情况下，根据时间和成本约束，这种创建和扫描牙齿铸型的传统方法是不切实际的。尤其是，在实践中，在得到制作的铸型之前，个体会要求另外拜访牙科技师几周，并且制作所述铸型既不是舒适的、也不是患者友好的过程。此外，由在WO 02/08357中描述的传统技术中的一种或多种技术制造的几何形状的质量在某些场合是不够的，而在一些情况下，更经济的技术可能是有利的。

因此，需要一种基本上改善或克服上述缺点的方法和设备。

发明内容

根据第一方面，提供一种生成由第二对象的模型得到的现实对象模型的方法，所述第二对象的模型由数据点阵列、多个可识别的部件以及多个另外的部件限定，所述方法包括：

测量现实对象的多个相对应的可识别的部件的多个参数，所述现实对象的多个相对应的可识别的部件与所述第二对象的模型中的所述多个可识别的部件相对应；

利用多个所测量的参数生成限定现实对象的第一模型的数据点阵列；以及

生成所述现实对象的另外的模型，生成所述另外的模型的步骤包括的步骤为：

使所述第二对象的模型与所述现实对象的第一模型基本上对齐；

将所述第二对象的模型中表示的多个可识别的部件放入与如由所述所测量的参数限定的现实对象中的等效部件的位置相对应的位置中；

将所述第二对象的模型中表示的多个所述另外的部件放入所述现实对象的所述第一模型上的位置中，以表示所述现实对象中的相对应的部件；以及

调整被放置在所述现实对象的所述第一模型上的所述部件中的一个或多个的位置来生成所述现实对象的另外的模型。

优选地，所述调整步骤包括以下中的一种或多种：移动所述部件、缩放所述部件和/或旋转所述部件。

优选地，所述第二对象的模型是模型颌，并且测量现实对象的多个相对应的可识别的部件的多个参数的步骤包括测量实际颌的多个相对应的可识别的部件的参数。

在优选实施例中，所述多个可识别的部件包括多个牙齿，并且所述另外的部件包括另外的牙齿。

优选地，生成限定所述现实对象的第一模型的数据点陈列的步骤包括创建限定对应于颌的弯曲形状的第一基准线曲线的数据点阵列。

优选地，测量现实对象的多个相对应的可识别的部件的多个参数的步骤包括测量具有弯曲颌轮廓的实际颌的多个牙齿的参数。例如，测量所述多个参数的步骤可以包括测量以下中的一个或多个：最远的后面剩余的左边牙齿的中心、选择的第x个牙齿的中心、所述颌轮廓曲线的顶点、选择的第y个牙齿的中心和/或最远的后面剩余的右边牙齿的中心。可替换地，测量现实对象的多个相对应的可识别的部件的多个参数的步骤包括围绕颌轮廓从一侧的最后面的现有牙齿到另一侧的最后面的现有牙齿敲(stroke)传感器。该步骤可以重复多次，以获得描述所述颌轮廓的许多参数。所述最远的后面左边的数据点可以被认为是指示最远的后面剩余的左边牙齿的后边缘的位置，并且对于右边也是类似的，而且可以从捕获的数据中识别所述顶点。

优选地，放置多个所述另外的部件的步骤包括删除缺失的牙齿的一个或多个图像。

在优选实施例中，所述调整步骤包括：除了当相邻部件之间的一个或多个间隙对应于缺失的牙齿时按比例放大以减小所述一个或多个间隙、和/或按比例缩小以减小相邻部件之间的重叠、和/或旋转一个或多个部件。

如果多个所述被放置的另外的部件重叠，则所述方法可以进一步包括在所述调整步骤之前移动多个所述被放置的另外的部件以减小相邻的另外的部件所重叠的距离的总和。可替换地，可以通过在所述调整步骤之前移动多个所述被放置的另外的部件来减小相邻的另外的部件重叠的体积。这些过程可以反复重复，直到达到最小重叠状态或所述重叠降到预定的阈值之下为止。要被移动的(多个)部件可以根据一个或多个标准来选择并且可以利用例如算法来选择。

优选地，所述移动步骤包括根据所述一个或多个部件的性质来移动所述多个另外的部件，所述移动受所述一个或多个部件的性质约束。

优选地，所述测量步骤包括利用诸如六个自由度的探针那样的传感器测量所述参数。

在优选实施例中，所述方法进一步包括存储以下中的一个或多个：所述现实对象的所述第一模型、所述第二对象的模型、所述所测量的参数、限定所述现实对象的所述第一模型的数据点阵列以及表示所述现实对象的所述另外的模型。

优选地，所述存储步骤包括在位于处理器中的存储级(memorystage)中进行存储，或例如在远离所述处理器的存储级中进行存储，其可以通过通信网络(诸如因特网)将所述存储级连接到所述处理器，以传输所存储的数据。

在优选实施例中，所述存储级包括数据库。

优选地，所述方法进一步包括根据所述现实对象的所述另外的模型生成所述现实对象的视觉图像。

根据第二方面，提供一种用于生成由第二对象的模型得到的现实对象的模型的设备，所述第二对象的模型由数据点阵列、多个可识别的部件以及多个另外的部件限定，所述设备包括：

传感器，以测量与所述第二对象的模型中的多个所述可识别的部件相对应的、现实对象的多个可识别部件的许多参数；

生成级(generation stage)，以利用多个所测量的参数生成限定现实对象的第一模型的数据点阵列；以及

操作级(operation stage)，以生成所述现实对象的另外的模型的，所述操作级被安排为：

使所述第二对象的模型与所述现实对象的所述第一模型基本上对齐；

将所述第二对象的模型中表示的多个可识别的部件放入与如由所述所测量的参数限定的现实对象中的等效部件的位置相对应的位置中；

将所述第二对象的模型中表示的多个所述另外的部件放入所述现实对象的所述第一模型上的位置中，以表示所述现实对象中的相对应的部件；以及

调整被放置在所述现实对象的所述第一模型上的所述部件中的一个或多个的位置来生成所述现实对象的另外的模型。

在优选实施例中，所述第二对象包括颌，并且所述多个可识别的部件包括多个牙齿，而且所述另外的部件包括另外的牙齿。现实对象的多个相对应的可识别的部件的参数因而可以包括在具有弯曲颌轮廓的实际颌中的一个或多个牙齿的参数。

所述多个参数可以包括以下中的一个或多个：最远的后面剩余的左边牙齿的中心、选择的第x个牙齿的中心、所述弯曲颌轮廓的顶点、选择的第y个牙齿的中心以及最远的后面剩余的右边牙齿的中心。可替换地，所述多个参数可以包括由所述最远的后面左边数据点指示的最远的后面剩余的左边牙齿的后边缘，并且对于右边也是类似的，而且可以从捕获的数据中识别所述顶点。

优选地，所述操作级被安排成通过删除缺失的牙齿的一个或多个图像来移动多个所述另外的部件。

在优选实施例中，所述操作级被安排成：除了当相邻部件之间的一个或多个间隙对应于缺失的牙齿时按比例放大以减小所述一个或多个间隙、和/或按比例缩小以减小相邻部件之间的任何重叠和/或旋转一个或多个部件。

优选地，所述传感器包括六个自由度的探针。

在优选实施例中，所述设备进一步包括用于存储以下中的一个或多个的存储级：限定所述第二对象的所述模型的数据点阵列、所测量的参数、限定所述现实对象的所述第一模型的数据点阵列以及表示所述现实对象的所述另外的模型。

优选地，所述存储级包括位于处理器中的存储级，或可替换地包括远离所述处理器的存储级。在后面的优选实施例中，所述存储级可以通过诸如因特网的通信网络可连接到所述处理器。

优选地，所述存储级包括数据库。

在优选实施例中，多个所述被放置的另外的部件重叠，所述操作级被安排成在调整之前移动多个所述被放置的另外的部件，以减小相邻的另外的部件所重叠的距离的总和。可替换地，所述操作级被安排成移动多个所述被放置的另外的部件，以通过在所述调整步骤之前移动多个所述被放置的另外的部件来减小相邻的另外的部件重叠的体积。

因此，一个或多个优选实施例能够仅利用所述现实对象的参数的最小数目的直接测量由标准模型对象生成几何形状和/或对象的充分逼真的定制的/个性化表示。此外，所述表示的生成可以基本上是实时的，即当在应用流中需要时，它是可得到的。在本说明书的上下文中，所述术语“充分逼真”可以被认为意味着以下各项中的一个或多个：

●当在计算机监视器上显示和用于计算机应用中时，根据其牙齿正被分析的顾客的透视图，所述几何形状要被认为是足够逼真的；和/或

●对于利用所述系统进行的任何比较测量的比例而言，所述几何形状是足够精确的。

比较起来，传统方法趋向于不可接受地慢、昂贵、手工操作和/或不精确或其组合。通常，传统方法可以包括：

-利用石膏手工制作顾客的牙齿的物理铸型，

-手工扫描所述牙齿，以创建几何形状(或将其放入自动处理系统)，

-安全地存储&并且终归安全地处置这些铸型。

上述传统方法通常也由多个不同的技术人员执行，而相反在本发明中，所述过程可以由单个人(诸如牙科保健员)执行。

由于在传统方法中给定时间和成本约束时创建和扫描牙齿铸型并不是稳健的、实用的过程，所以当与传统方法比较时本发明的一个或多个优选实施例可能特别有利。在实践中，在传统方法中，患者在执行所述扫描的日子之前会要求几周进行另外的拜访，以使所述铸型能被制作。此外，制作铸型并不是舒适的、患者友好的过程。但是，根据本发明的一个或多个优选实施例，所述过程对于顾客而言是快速和容易的并且是舒适的。

因此，具体化本发明的方法和设备的一个或多个实施例提供可行的和实用的捕获技术和设备而供多个过程之用，诸如供临床研究、牙齿保健和训练应用之用。

附图说明

现在参考附图并且举例来描述本发明，其中：

图1是根据本发明的优选实施例建立的牙齿几何形状的模型的部分的二维图示；

图2是图1的完整模型的示意性表示；

图3是利用本发明的优选实施例的牙齿的理想附着点的参数化数值表示；

图4a是在一个颌中的牙齿的理想或标准模型组的表示的从上方来看的透视图；

图4b是由图4a的所述模型牙齿几何形状和捕获的数据得到的应力几何形状(stressed geometry)的表示的从上方来看的透视图；

图5是利用松弛技术由图4b中的表示获得的在一个颌中的定制的牙齿组的表示的从上方来看的透视图；以及

图6是示出根据本发明的优选实施例的设备中的多个级的示意性框图。

具体实施方式

在本发明的优选实施例中，基于颌的存储模型并且利用从个体获得的信息，利用探针从单独的顾客获得的信息被用来生成该个体的模型颌的视觉表示。在所述存储模型中描绘的牙齿可以被表示为在一维基准线曲线上的“珠串”。最初，这是完美的模型“项链”。几个模型可以被存储在数据库中，用来根据个体的类型进行适配，例如可以针对成人和儿童使用不同的模型。

如在图1和2中所示的那样，所述基准线曲线2在二维上优选是U字形的，并且在所述模型中，每个牙齿的位置4仅由一个参数(t)描述，所述参数(t)表示沿其被附着的所述基准线曲线2的距离，并且在这一点上，所述牙齿被想象成垂直悬挂，其中齿面在该点处与所述基准线曲线2的适当切平面对齐。在该模型中，所述牙齿可以仅沿所述基准线的曲线2移动(或微动)，这实质上是沿嵌入三维空间中的一维曲线的一维运动。

如果所述基准线曲线2分析上或以在数值上离散的方式被描述成变量t[或者在数值的情况下为在小的实际步长δt方面]的函数，则所述表示被说成是参数表示。已知该表示，有可能获得作为t的函数的所述切平面和面法线，正如以下将更详细描述的那样。

作为初始建立过程的部分并且在第一次用在个体上之前，为了获得在图2中示出的并且其部分在图1中示出的初始模型，执行所述存储模型中的每一个的整个的基本参数化(base parameterisation)。这通常不是每当新的个体模型要被生成时被执行，而是通常作为所述系统/装置的初始建立的部分并且在其第一次用在个体上之前仅被执行一次。

所述基本参数化过程如下。

通过估计模型牙齿组中的模型牙齿的理想附着点4来构造所述基准线曲线2，其实例在图3中给出，这是上部或下部牙齿组中的一个。每个牙齿的理想附着点4可以通过将每个牙齿质心向上投影到所述牙齿的顶部或向下投影到所述牙齿的基底来获得。然后可以通过该组点4描绘出理想基准线曲线2。分析曲线可以适合于该形状(因为所述形状是多值的，所以分开地使每一半适合并且合并可能是必需的)，或者可替换地并且更有用地，可以通过沿所述基准线曲线2计算多个相等间隔的点t1、t2...、接合这些点并且进行插值来构成表示所述模型颌的参数化数值表示的线段的有序组而构成数值轮廓。然后可以利用已知的数学程序由该轮廓计算所述切平面和法线的数值版本。

这些段具有相等长度并且应当是最大距离的小部分，选择当生成所述个体的牙齿的模型时可以移动个体的牙齿所述最大距离的小部分。

所述点t1、t2...可以分别用(X1，Y1，Z1)、(X2，Y2，Z2)表示，其中所述X、Y和Z坐标中的每一个是所述已知模型框架中的坐标并且是与限定在生成牙齿的可显示图像中使用的多边形几何形状的那些坐标相同的坐标。

所述基准线曲线2可以被表示为[X(t)，Y(t)，Z(t)]。所述曲线在任何给定点(t)的切平面可以利用在[X(t)，Y(t)，Z(t)]处的梯度表示，并且所述曲线2的法线可以利用在相同点处的所述切平面和沿垂直方向的单位向量之间的向量积来进行表示。应当注意的是，当Z不为零时，即当所述曲线不在2D平面中时，这直接普遍化。在每个点(t)处的单位法线可以被预计算并且和与每个点(t)有关的任何特定规则(例如t＞＝0、t＜＝1)一起作为所述曲线的特性而被存储，而且在所述微动过程期间，没有牙齿可以移到t的值，其将该牙齿从颌的一侧带到另一侧。

t沿所述曲线以步长t为每个点做索引。根据情况，t可以被认为标记沿所述基准线曲线2的明确参数化的距离，其由t＝0、t、2t、3t...、...、Nt表示，其中N是段的数目。在优选实施例中，如果Nt＝1，则t可以通过选择N的值来选择。可替换地，t可以被认为给沿基准线曲线2的位置做索引，即t＝0、1、2、3、...、N。应当注意的是，t被限定在所述理想模型几何形状的基准线曲线2上，不是被限定在由实际颌得到的基准线曲线上，使得如果例如后面的牙齿在随后研究的实际颌中缺失，则在所述颌的后部的空段将仍然具有t索引。

对于在所述模型颌中的每个单独的牙齿而言，预计算或预指定下列内容是有利的：

-模型牙齿几何形状。

-模型包围盒，所述模型包围盒是可以被建造的将正好容纳所述模型颌的最小立方体。

-在所述基准线曲线上的被表示为所述t阵列中的索引的模型牙齿悬挂点。

-允许每个牙齿沿所述基准线曲线在任一方向上移动或微动多远，其被表示为“段”的数目，不是实际的距离。对于每种类型的牙齿，这可以不同。

-牙齿到它的右边和左边邻居优选有多“粘”，即在牙齿之间是否有间隙。

下列牙齿相关的特性是还可以被设置和使用的特性的实例，然而其它牙齿相关的特性也可以被设置和使用：

-与左边牙齿的重叠，

-与右边牙齿的重叠，

-在左边的自由边界[真/伪]，

-在右边的自由边界[真/伪]。

这样，可以创建所述基准线曲线2和牙齿组来表示如图4a中所示的参数化模型颌。

然后可以重复上述过程，以生成另外的模型颌(即上模型颌或下模型颌)。

各种特性将与包括所述参数化上模型颌和下模型颌的整个组件有关，诸如所述颌的全局(总)重叠。所述总重叠是各个单独的重叠的总和。

所述参数化上模型颌和下模型颌表示可以被创建和被存储在例如数据库中，并且随后被用作多个个体的模型。存储模型颌的分离的成人版本和小孩版本可能有利。

在所述模型颌中，如图3中所示，在初始建立过程期间选择(在本实例中)由所述模型颌基准线曲线2上的P1、P2、P3、P4和P5表示的预定数目的点，使得这些点是公知的先验。图3示出所述基准线曲线上的具有X、Y、Z坐标的五个捕获点，其中P1是所述最远的后面剩余的左边牙齿(不是齿龈的后面)的中心，P2是选择的第x个牙齿的中心，P3是所述基准线曲线的顶点，P4是选择的第y个牙齿的中心，以及P5是所述最远的后面剩余的右边牙齿(不是齿龈的后面)的中心。应当优选地在获得要被研究的个体的牙齿的任何读数之前预定义所述模型几何形状中的这些点的数目，并且因此这可能要求P2和P4的一致定义，即，哪些牙齿要分别被认为是所述第x个和第y个牙齿。

虽然图3示出了五个捕获点，但是在优选实施例中仅点P1和P5可以被选择，即，分别表示所述在左手侧的和在右手侧的最远的剩余的后面的牙齿的点。

根据本发明的优选实施例，所述过程中的下一级要利用非常有限的主题信息基于以上述方式创建的模型颌和来自特定个体的测量而生成以特定个体为基础的模型颌。该信息可以包括在个体中哪些牙齿缺失(正如由检查或牙科记录所表明的那样)以及可以由探针捕获的个体牙列中的预定数目的点的数据的收集。所收集的点可以包括每个颌的最远的剩余的后面的牙齿，并且可以包括其它特定的捕获点，例如图3的标准模型中所示的五个捕获点，并且可以包括由探针在围绕颌轮廓移动时捕获的大量非特定点。

由探针捕获的这些点将提供描述所述个体的颌轮廓的形状的基本数据并且为所述个体限定实际的(与模型相对的)主干基准线曲线。

可用来捕获所述信息的探针优选是六个自由度(3位置+3取向)的传感器，所述传感器优选地可经由例如PCI接口卡连接到正在使用的处理器。

然后，根据优选实施例的用来生成个体牙齿模型的过程如下。可以以与上述针对模型几何形状相同的方式创建个体的参数化曲线，在创建中的唯一区别是仅基准线曲线上的预选数目的点(例如所述最远的剩余的后面的牙齿)被用来创建个体的模型，而对于所述模型几何形状而言，每个模型牙齿的一个点可以被使用。此外，当创建个体的牙齿的实际模型时不必接近(access)实际牙齿质心，但是必须限定所述探针可接近的等效点。

在实践中，在捕获个体的预选数目的点的数据的该过程期间，通常许多大于所述预选数目的点将被捕获，实际上可以通过从所述个体的嘴中的颌的一侧的最远的剩余的后面的牙齿直到所述颌的另一侧的最远的剩余的后面的牙齿敲所述探针来捕获整组点。然而，重要的是有足够的数据被捕获。P1和P5应当仍旧是所述数据收集的端点。该点的收集然后被用来为特定个体生成U字形基准线曲线。在优选实施例中，可能足够的是：识别限定所述数据收集过程的端点的所述最远的后面剩余的牙齿以及哪些牙齿缺失，而不是明确地识别所有的点P1到P5中的点。

针对所述个体的所捕获的数据点将在探针传感器的参考系中，而不是在所述模型几何形状的参考系中。为了在使P1和P5相互关联之前使(附上了模型牙齿组的)所述模型基准线曲线与所述个体的基准线曲线“粗略”对齐，可以使用诸如在本申请人从公开为WO 02/083257的国际申请得到的号为EP 1379149B1的欧洲专利中描述的迭代最近点算法。在任一基准线曲线都没有变形的情况下，使用这样的算法允许通过旋转和平移所述模型基准线曲线而将所述模型基准线曲线重叠在所述个体的基准线曲线上，直到这两个曲线彼此粗略对齐为止。

在所述个体的参数化基准线曲线上限定预定数目的段是有利的，并且如果左边和右边的最后面的牙齿存在，则该数目优选地与所存储的模型基准线曲线的段是数目完全相同。然而，如果在考虑中的个体中后面的牙齿缺失，则这也是真的但是必需计算出这些段中有多少是延伸在实际存在的牙齿后面之外的虚拟齿龈段。所述段的长度及其取向将与模型情况不同。可以通过插值控制段的数目。

在其中要求添加到个体的基准线曲线来形成个体的颌的模型的牙齿被定位在所述模型曲线中的相对应的段(由t的值限定)处，那些牙齿然后可以被定位到为所述个体生成的基准线曲线上。可以通过将位于所述模型颌上的牙齿的表示复制到所述个体的基准线曲线上来实现所述牙齿的放置。缺失的牙齿并不被定位在所述个体的曲线上，因此所述相对应的段是空的。每个牙齿面的取向可以由所述实际曲线的法线给出，因此可能要求自动旋转。如果实际段长度小于模型段长度，则这将产生通常具有重叠的牙齿的奇特样子的几何形状，并且如果所述实际段长度大于所述模型段长度，则牙齿间的间隙将在这点被示出。每个牙齿的重叠的直接或近似计算并且因此每个颌的总重叠可以被计算。为了降低复杂性并且简化所要求的计算，优选使用相邻牙齿的边缘重叠的距离而不是重叠的体积，并且这被认为足以满足精度目的。然而，可以使用计算所述重叠的其它方法。

由该过程获得的几何形状在图4b中示出并且被称为“应力”或初始条件几何形状。然后可以通过“松弛”过程将该几何形状精制成最后的配置，通过所述“松弛”过程牙齿可以沿所述个体的基准线曲线移动或微动和/或被缩放来创建零全局重叠的状态。当达到该零全局重叠状态时，在预定的容差极限内，认为已经获得了最后的几何形状。所述个体的模型颌的逐步创建和定制可以在屏幕上基本上实时地显示，如图5中所示。所述特定个体的定制的颌几何形状然后可以被保存到数据库以及随后被使用。针对所述个体的其它颌重复所述过程。然后，所述颌捕获过程完成。

多种实施所述松弛过程的方式是可能的，并且上述过程仅是一个实例。

然后可以按要求和在要求时基于用户界面内的输出几何形状来创建诸如在图5中所示的图像，并且所生成的图像给出的是所述个体的牙齿几何形状的完整3D表示的错觉，其可以利用例如鼠标按要求交互式地被旋转和被缩放。

一旦已为个体创建了定制的几何形状，所述定制的几何形状就可以被存储在数据库上并且可以在期望时从所述数据库再调用，由此消除了从头做起重新生成该个体的图像的需要。可替换地，如果要求该个体的新的定制的几何形状，则一组新的探针数据可以被收集并且被应用到针对该个体的所存储的定制的几何形状而不是标准模型，以降低处理复杂性并且增加所述过程的速度。

图6是示出具体化本发明的优选实施例的设备20或系统中的某些级的框图。处理器22包括处理从对所述对象24进行的测量接收到的数据的多个级，通过传感器26捕获所述数据，所述传感器26优选是六个自由度的探针。所述处理器22包括第一阵列生成级28，其中理想起始模型几何形状从存储装置被加载。在下一级30中，所述理想模型基准线曲线的表示由所述理想模型几何形状和与其相关的参数生成。然后，基于所述传感器捕获的数据在另一级32中生成所述现实对象24的基准线曲线。操作级34执行以下各种操作：使所述模型基准线曲线与现实对象24的基准线曲线粗略地对齐，并且然后将所述模型上的牙齿表示复制到所述个体的基准线曲线上的各种位置中并且随意地以及如上面结合图1到5所描述的那样进行缩放。然后，基于来自操作级34的输出在另一级36中可生成所述现实对象的模型，所述模型可以是视觉图像的形式。然后，这可以被存储在存储级38中，所述存储级38可以在处理器22中或远离所述处理器22。

所述存储级38可以是包括数据库的存储器，并且如果远离所述处理器22，则可以通过诸如因特网那样的通信网络连接到所述处理器22，以在所述处理器22和所述存储级38之间传输涉及所生成的图像的数据。

在优选实施例中，模型可以在级28和30中生成，所述级28和30位于远离被设置成基于利用传感器26获得的测量生成所述现实对象24的模型的处理器的处理器中，并且所述数据可以被存储和被传输到该处理器，用于随后的图像生成。

优选地，存在某些可以约束具体化本发明的过程的规则，其例如包括：

(a)没有牙齿可以移动或“微动”得比针对它的牙齿类型规定的(从段方面来说)更远。

(b)没有牙齿可以从右绕到左移动并且反之亦然。

(c)针对移动到上面的牙齿，没有另外的段可以被创建。

(d)由于审美的原因，对于前面的牙齿可能需要特别慎重。

(e)在所述松弛过程中的任何点处，

-不能发生增加总重叠的移动，

-仅具有自由边的牙齿可以移动并且仅沿所述自由边的方向移动，

-每种可能的移动必须被用尽并且在可以尝试缩放前仍旧存

在全局重叠。

(f)对于牙齿之间的间隙，可以期望通过实施以下规则将这些牙齿向后推动到一起：在那儿且相邻的牙齿在它们之间必须没有间隙(即，它们被称为“粘的”)。这是困难，但是是可克服的困难，可以在移动所述牙齿之前通过缩放所述初始应力配置来解决所述困难；以及

(g)具有最多重叠(并且可以被移动)的牙齿首先移动。

也有可以被固定来获得“平滑”移动的多个参数，例如容许的移动步长的大小。其它可以设置的参数控制所述过程的速度和要求的精度。这些参数可以通过例如用户界面被改变，特别是如果要求优化，并且每次使用所述算法时，这些参数可以通过直观的用户界面被输入。

或者手动跟踪由临床医生进行的视觉检查或者参考所述个体的数据记录、或者根据描述该个体的颌/牙齿布置的探测数据(probe data)，每次使用所述算法时，可以输入指示所述(实际的)个体牙列中哪些牙齿缺失的数据。数据的输入可以由用户利用探针系统进行，但是可以优选地在特定研究之前被预加载到所述系统上。该信息可以通过用户界面利用例如鼠标在所述缺失牙齿的图片上点击而被输入到处理器中。

在实践中，运动传感器可以附着到所述顾客并且被附着到用来确定所述顾客的颌中的预选点的探针。所述模型颌的存储版本可以被显示在诸如计算机屏幕那样的显示装置上，并且由临床医生提供的数据可以用来指示与在考虑中的所述个体中的那些缺失牙齿相对应的缺失的牙齿。为了得到最有用的视图，可以利用鼠标实时旋转和/或缩放和/或平移所存储的模型颌和所述个体的模型颌。临床医生将探针的端放置在所述个体的口中，使得该端与相对应的所述个体的牙齿组接触，然后点击探针上的开启数据捕获过程的按钮。然后，可以围绕所述个体的牙齿组来敲所述探针，以捕获所述个体的颌的形状。如果临床医生希望，则可以点击所述探针按钮来停止捕获并且然后再点击以再次开始捕获，其中所述数据流被添加在一起。

在实践中，可以通过与探针上的用来从个体获得测量的控制按钮耦合的所定制的用户界面来控制所述过程。这些测量被一起用来使临床医生通过为所述个体创建所定制的颌几何形状的过程。该用户界面可以包括在连接到处理器的显示装置上显示的一系列面板，所述系列面板指导临床医生逐步通过所述过程。

一旦所述捕获过程完成，识别捕获点的数据就可以被输入到所述处理器中并且这些点可以被视觉显示为例如一组红色标记。在显示之前，可以利用所述迭代最近点算法执行初始计算，以使所述模型颌与所述个体的捕获数据近似对齐。该完整可视化可以再次被旋转和/或被缩放和/或被平移，并且可以被所述个体看见(如果期望的话)。

实施上述使所述模型颌适配于个体的过程的方法的实例可以如下：

首先，所述参数化模型可以被加载到用户的处理器中，然后初始化限定所述移动过程的参数。利用诸如探针的传感器从个体的颌获得的数据被收集和/或被存取，如果预存储，则与考虑中的所述特定个体的缺失牙齿信息一起被收集和/或被存取。由此，所述初始的“应力”几何形状被计算。如果所述模型几何形状小于所述实际几何形状(这在相邻牙齿之间引起多个‘间隙’)，则所述牙齿几何形状被按比例放大直到所述间隙消失为止，即使这然后在相邻牙齿之间引起一些重叠。这给出了新的“应力”几何形状。由该新的应力几何形状，有可能计算个体模型中的重叠的总量连同每个牙齿的重叠和该重叠与每个牙齿的左边和右边的比例。当所确定的重叠大于容许的容限时，可以移动的牙齿连同最多重叠的牙齿一起被确定，其中所述重叠至少最初基于所述包围盒几何形状。如果没有确定可移动的牙齿但是所述重叠仍旧大于容许的容限，则所述牙齿被重定比例到更小的尺寸。所述重定比例可能仅影响所述牙齿的实际的X、Y、Z坐标，而不是影响所述牙齿沿所述基准线曲线2的位置。然后，所述牙齿可以被单独移动，以将所述重叠减小到所述容限水平内。

在处理之后，所述个体的模型包括包含有所定制的牙齿几何形状的新数据对象，并且这可以被存储为与原始模型分离的数据文件，使得所有原始模型数据保留在数据库中而没有讹误并且可以用于其它个体。特定个体的新的数据对象可以被存储在数据库中并且可以根据其它应用要求而被再调用。可替换地，个体的探测数据和设置可以被保存，并且可以在后面的级由该数据重新生成所述个体的模型颌，因为这会足以重新生成所定制的几何形状并且会不要求与保存所述个体的整个牙齿几何形状一样多的存储空间。

所述数据库可以在正被临床医生使用的处理器中的存储介质中，或者可以远离其并且通过例如LAN或因特网的网络链接到所述处理器。所述数据可以被传输到中央存储设施，所述中央存储设施可以在世界范围内进行存取以达到参考目的，并且来自其它源的数据可以被添加到该中央存储设施，以建立大的牙齿模型数据库。这在工业上具有特别的优点，因为它能够使例如新牙刷设计的大规模试验被实施。牙科医生可以被供给要被测试的牙刷/牙膏组合和通过所述网络连接收集的用于安全分析的数据。而且，所述数据和见解(insight)可以被交换。

因此，当本发明的一个或多个实施例能够利用绝对最小值的附加数据(基本上实时地)为个体生成一组逼真的牙齿几何形状时，所述一个或多个实施例是尤其有利的。

如上所述，可以预加载一组以上的标准几何形状，例如可以包括成人牙齿模型组和小孩牙齿模型组。这些模型优选地不是硬编码的，并且可以在用户界面内提供机制，用来在如果有一个以上可能的模型可用则使用户能够选择要使用哪个模型。

可以对上述本发明的实施例进行多种修改。例如，其它部件和方法步骤可以被添加或者替代以上那些，并且所述步骤被执行的次序可以变更。因此，尽管以上已经利用特定实施例描述了本发明，但是在不脱离本发明的范围的情况下，在权利要求的范围内，许多变化是可能的，如本领域技术人员所清楚的那样。特别是，虽然已经在为个体生成模型颌的上下文中描述了以上优选实施例，但是注意所述过程不被认为被限于牙齿，而是可以在期望仅利用关于那些现实对象的有限的捕获探测数据迅速创建现实对象的相当优良的3D计算机表示的任何情形下使用。可以用作通过受控的定制过程创建现实对象的表示的起始点的对象的优良“标准”模型是必要的，并且在使用所述探测数据利用算法使所述标准模型变形中，如果所述现实对象的例子自然确定比例，则所述结果可能是优良的。在牙齿的上下文中，即使在所述过程中没有测量牙齿的高度，这也能够使牙齿的高度在最后的结果中看起来逼真。这样的情形一般更经常就自然形成的对象来说被发现。然而，使本发明具体化的所述过程可以应用于其它应用中，这些其它应用包括利用标准几何形状的定制来使计算机游戏个性化。此外，使本发明具体化的所述过程可以被用来创建逼真的牙齿几何形状，所述逼真的牙齿几何形状可以与来自牙刷和颌的运动跟踪数据一起被用来对牙刷位置/取向相对于牙齿进行足够精确地测量并且创建所有运动的足够可信的屏幕表示。

Claims (38)

1.一种生成由第二对象的模型得到的现实对象模型的方法，所述第二对象的模型由数据点阵列、多个可识别的部件以及多个另外的部件限定，所述方法包括：

测量现实对象的多个相对应的可识别的部件的多个参数，所述现实对象的多个相对应的可识别的部件与所述第二对象的模型中的所述多个可识别的部件相对应；

利用多个所测量的参数生成限定所述现实对象的第一模型的数据点阵列；以及

生成所述现实对象的另外的模型，生成所述另外的模型的步骤包括下述步骤：

使所述第二对象的模型与所述现实对象的第一模型基本上对齐；

将所述第二对象的模型中表示的多个可识别的部件放入与如由所测量的参数限定的现实对象中的等效部件的位置相对应的位置中；

将所述第二对象的模型中表示的多个另外的部件放入所述现实对象的所述第一模型上的位置中，以表示所述现实对象中的相对应的部件；以及

调整被放置在所述现实对象的所述第一模型上的部件中的一个或多个的位置来生成所述现实对象的所述另外的模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二对象的模型是模型颌，并且测量现实对象的多个相对应的可识别的部件的多个参数的步骤包括测量实际颌的多个相对应的可识别的部件的参数。

3.根据前述权利要求中的任何一个所述的方法，其中，所述多个可识别的部件包括多个牙齿，并且所述另外的部件包括另外的牙齿。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，生成限定所述现实对象的第一模型的数据点陈列的步骤包括创建限定对应于颌的弯曲形状的第一基准线曲线的数据点阵列。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，测量现实对象的多个相对应的可识别的部件的多个参数的步骤包括测量具有弯曲颌轮廓的实际颌的多个牙齿的参数。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，测量所述多个参数的步骤包括测量以下中的一个或多个：最远的后面剩余的左边牙齿的中心、选择的第x个牙齿的中心、所述颌轮廓曲线的顶点、选择的第y个牙齿的中心和/或最远的后面剩余的右边牙齿的中心。

7.根据权利要求5或6中的任何一个所述的方法，其中，测量所述多个参数的步骤包括围绕颌轮廓从所述颌轮廓的一侧的最后面的现有牙齿到所述颌轮廓的相对侧的最后面的现有牙齿敲传感器。

8.根据权利要求3到7中的任何一个所述的方法，其中，放置多个另外的部件的步骤包括删除缺失的牙齿的一个或多个图像。

9.根据权利要求3到8中的任何一个所述的方法，其中，所述调整步骤包括：除了当相邻部件之间的一个或多个间隙对应于缺失的牙齿时按比例放大以减小所述一个或多个间隙、和/或按比例缩小以减小相邻部件之间的任何重叠、和/或旋转一个或多个部件。

10.根据权利要求1到9中的任何一个所述的方法，其中，多个被放置的另外的部件重叠，所述方法进一步包括在所述调整步骤之前移动多个所述被放置的另外的部件，以减小由相邻的另外的部件重叠的距离的总和和/或体积。

11.根据前述权利要求中的任何一个所述的方法，其中，所述调整步骤包括以下中的一个或多个：移动所述部件、缩放所述部件和/或旋转所述部件。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述移动步骤包括根据所述一个或多个部件的性质来移动所述多个另外的部件，所述移动受所述一个或多个部件的性质约束。

13.根据前述权利要求中的任何一个所述的方法，其中，所述测量步骤包括利用传感器测量所述参数。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述传感器包括六个自由度的探针。

15.根据权利要求1到14中的任何一个所述的方法，进一步包括存储以下中的一个或多个：所述现实对象的所述第一模型、所述第二对象的模型、所测量的参数、限定所述现实对象的所述第一模型的数据点阵列以及表示所述现实对象的所述另外的模型。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述存储步骤包括在位于处理器中的存储级中进行存储。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述存储步骤包括在远离处理器的存储级中进行存储。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括通过通信网络将所述存储级连接到所述处理器，以传输所存储的数据。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述通信网络包括因特网。

20.根据权利要求15到19中的任何一个所述的方法，其中，所述存储级包括数据库。

21.根据前述权利要求中的任何一个所述的方法，进一步包括由所述现实对象的所述另外的模型生成所述现实对象的视觉图像。

22.一种用于生成由第二对象的模型得到的现实对象模型的设备，所述第二对象的模型由数据点阵列、多个可识别的部件以及多个另外的部件限定，所述设备包括：

传感器，以测量与所述第二对象的模型中的多个可识别的部件相对应的、现实对象的多个可识别的部件的多个参数；

生成级，以利用多个所测量的参数生成限定所述现实对象的第一模型的数据点阵列；以及

操作级，以生成所述现实对象的另外的模型，所述操作级被安排为：

使所述第二对象的模型与所述现实对象的所述第一模型基本上对齐；

将所述第二对象的模型中表示的多个可识别的部件放入与如由所测量的参数限定的现实对象中的等效部件的位置相对应的位置中；

将所述第二对象的模型中表示的多个另外的部件放入所述现实对象的所述第一模型上的位置中，以表示所述现实对象中的相对应的部件；以及

调整被放置在所述现实对象的所述第一模型上的部件中的一个或多个的位置，以生成所述现实对象的所述另外的模型。

23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述第二对象包括颌，并且现实对象的多个相对应的可识别的部件的多个参数包括具有弯曲颌轮廓的实际颌的多个相对应的可识别的部件的参数。

24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述多个可识别的部件包括多个牙齿，并且所述另外的部件包括另外的牙齿。

25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述现实对象的所述第一模型包括与所述弯曲的颌轮廓的形状相对应的基准线曲线，所述现实对象包括颌。

26.根据权利要求25所述的设备，其中，现实对象的多个相对应的可识别的部件的参数对应于具有弯曲颌轮廓的实际颌中的牙齿的一个或多个的参数。

27.根据权利要求26所述的设备，其中，所述多个参数包括以下中的一个或多个：最远的后面剩余的左边牙齿的中心、选择的第x个牙齿的中心、所述弯曲的颌轮廓的顶点、选择的第y个牙齿的中心和/或最远的后面剩余的右边牙齿的中心。

28.根据权利要求26所述的设备，其中，所述多个参数包括所述颌轮廓的一侧的最后面的现有牙齿到以及所述颌轮廓的相对侧的最后面的现有牙齿的边缘。

29.根据权利要求24到28中的任何一个所述的设备，其中，所述操作级被安排成通过删除缺失的牙齿的一个或多个图像来移动多个另外的部件。

30.根据权利要求24到29中的任何一个所述的设备，其中，所述操作级被安排成：除了当相邻部件之间的一个或多个间隙对应于缺失的牙齿时按比例放大以减小所述一个或多个间隙、和/或按比例缩小以减小相邻部件之间的任何重叠、和/或旋转一个或多个部件。

31.根据权利要求22到30中的任何一个所述的设备，其中，所述传感器包括六个自由度的探针。

32.根据权利要求22到31中的任何一个所述的设备，进一步包括用来存储以下中的一个或多个的存储级：限定所述第二对象的所述模型的数据点阵列、所测量的参数、限定所述现实对象的所述第一模型的数据点阵列以及表示所述现实对象的所述另外的模型。

33.根据权利要求32所述的设备，其中，所述存储级包括位于处理器中的存储级。

34.根据权利要求32所述的设备，其中，所述存储级包括远离处理器的存储级。

35.根据权利要求34所述的设备，其中，所述存储级通过通信网络连接到所述处理器。

36.根据权利要求35所述的设备，其中，所述通信网络包括因特网。

37.根据权利要求32到36中的任何一个所述的设备，其中，所述存储级包括数据库。

38.根据权利要求22到37中的任何一个所述的设备，其中，多个被放置的另外的部件重叠，所述操作级被安排成在调整之前移动多个被放置的另外的部件，以减小由相邻的另外的部件重叠的距离的总和和/或体积。

Images