(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211072765.7 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 太原理工大 学 地址 030024 山西省太原市万柏林区迎泽 西大街79号 申请人 北京联袂义齿技 术有限公司 (72)发明人 蔡冬梅　陈祥宇　刘博　赵鹏飞　 张波　牛力　 (74)专利代理 机构 太原市科瑞达专利代理有限 公司 14101 专利代理师 耿联军 (51)Int.Cl. G06F 30/12(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G16H 50/50(2018.01)A61C 13/00(2006.01) (54)发明名称 一种牙齿 模型碰撞检测方法 (57)摘要 本发明涉及数字口腔的技术领域， 一种牙齿 模型碰撞检测方法， 相邻两颗牙齿模 型的初步碰 撞检测,对两相邻两颗牙齿模型顶点进行分析， 各得到三条特征向量， 根据两颗牙齿模型的顶点 投影在六条特征向量上所有投影点的交集进行 初步碰撞判断； 对初步判断碰撞的牙齿模型进行 精确碰撞检测,将两颗牙齿模型的所有三角面片 投影到两颗牙齿模型质心点连接得到的向量上， 筛选出牙齿模型A顶点对应牙齿模型B最短距离 的三角面片， 根据牙齿模型B三角面片的法向量 判断两颗牙齿模 型是否碰撞。 本发 明能准确地检 测出两牙齿模型的碰撞,计算速度快,提高了排 牙的速率。 权利要求书2页 说明书10页 附图4页 CN 115470540 A 2022.12.13 CN 115470540 A 1.一种牙齿模型碰撞检测方法， 其特 征在于包括以下步骤： 步骤一： 数据预处理阶段， 分别读取相邻牙齿模型A和牙齿模型B三维模型中的顶点坐 标集合、 三角面片集合和三角面片法向量集合， 并且根据三角面片在三角面片集合中的位 置获取每个三角面片索引， 得到三角面片索引集合， 三角面片法向量集合和 三角面片索引 集合与三角面片集合成彼此为一对一映射关系， 且三角面片法向量集合中的法向量方向为 朝向牙齿外部， 根据牙齿模型A的所有顶点坐标和牙齿模型B的所有顶点坐标获取牙齿模型 A的质心坐标OA和牙齿模型B的质心坐标OB； 步骤二： 快速碰撞检测阶段， 通过将牙齿模型A和牙齿模型B投影到特征向量， 如果牙齿 模型A和牙齿模型B在特征向量上投影有交点， 则牙齿模型A和牙齿模型B判断为发生碰撞， 如果牙齿模型A和牙齿模型B在特征向量上 投影无交点， 则牙齿模型A和牙齿模型B判断为未 发生碰撞； 步骤三： 求出牙齿模型A和牙齿模型B的三角面片集合中每个三角面片的质心坐标， 获 得牙齿模 型A的三角面片质心 坐标集合和牙齿模型B的三角面片质心 坐标集合， 将牙齿模型 A和牙齿模型B的三角面片质心坐标集合分别投影到牙齿模型A和牙齿模型B的质心坐标向 量 和 保留三角面片集合中投影值大于零的三角面片， 去除三角面片集合中投影 值小于零的三角面片， 获得缩 减后的三角面片集 合； 步骤四： 遍历牙齿模型A的缩减后的三角面片集合对应的顶点坐标集合， 计算牙齿模型 A的顶点坐标集合中的所有顶点与牙齿模型B的三角面片质心坐标集合中所有三角面片质 心坐标的欧氏距离， 将牙齿模型A的顶点坐标集合和牙齿模型B的三角面片质心 坐标集合根 据最小欧式距离进行配对； 步骤五： 精确碰撞检测阶段， 将牙齿模型A的顶点坐标集合中的顶点坐标减去与之配对 的牙齿模型B的三角面片质心坐标集合中的三角面片质心坐标， 构成的方向向量再与牙齿 模型B三角面片对应的三角面片法向量集合中的法向量求内积， 若为负值， 则牙齿模型A和 牙齿模型B碰撞。 负值则表示 点位于三角面片法向量的反方向。 2.根据权利要求1所述的一种牙齿模型碰撞检测方法， 其特征在于： 所述步骤一中， 根 据牙齿模型A的所有顶点坐标和牙齿模型B的所有顶点坐标获取牙齿模型A的质心坐标OA和 牙齿模型B的质心坐标OB， 是指， 牙齿模型A的所有顶点坐标求算数平均得到牙齿模型A的质 心坐标OA， 牙齿模型B的所有顶点 坐标求算数平均得到牙齿模型B的质心坐标OB。 3.根据权利要求1所述的一种牙齿模型碰撞检测方法， 其特征在于： 步骤二中， 通过将 牙齿模型A和牙齿模型B投影到特征向量， 是指， 将牙齿模型A和牙齿模型B的顶点坐标集合 分别投影到选取的多 条特征向量上， 若在 任意一条选取的特征向量上， 牙齿模型A和牙齿模 型B的顶点 坐标集合投影有交点， 则牙齿模型A和牙齿模型B判断为发生碰撞。 4.根据权利要求3所述的一种牙齿模型碰撞检测方法， 其特征在于： 所述步骤二中， 将 牙齿模型A和牙齿模 型B的顶点坐标集合分别投影到选取的多 条特征向量上时， 采用主成分 分析法(P CA)处理， 得到每颗牙齿模 型的的顶点坐标集合协方差矩阵的特征值和特征向量， 特征值和特征向量为一一对应关系， 将特征值按从大到小排序， 特征值对应的特征向量也 按特征值从大到小排序， 选择特征值最大的3个特征值所对应的特征向量； 选取的多 条特征 向量是指， 牙齿模型A特征值最大的3个特征值所对应的特征向量和牙齿模型B特征值最大权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115470540 A 2的3个特征值所对应的特 征向量， 这六 条特征向量作为选取的多条 特征向量。 5.根据权利要求1所述的一种牙齿模型碰撞检测方法， 其特征在于： 所述步骤三中， 求 出牙齿模 型A和牙齿模型B的三角面片集合中每个三角面片的质心坐标， 是通过求每颗牙齿 模型的三角面片集合中每个三角面片的三个顶点的算数平均值作为每颗牙齿模型的三角 面片集合中每个三角面片的质心坐标。 6.根据权利要求5所述的一种牙齿模型碰撞检测方法， 其特征在于： 所述步骤三中， 将 牙齿模型A和牙齿模型B的三角面片质心坐标集合分别投影到牙齿模型A和牙齿模型B的质 心坐标向量 和 其中， 牙齿模型A和牙齿模型B的质心坐标向量 和 通过牙 齿模型A的质心坐 标OA和牙齿模型B的质心坐标OB直接获得； 将 牙齿模型A的三角面片质心坐 标集合投影到牙齿模型A和牙齿模型B的质心坐标向量 上， 并将投影点从小到大排序， 选取投影值大于零的三角面片索引集合， 将牙齿模型B的三角面片质心坐标集合投影到牙 齿模型A和牙齿模型B的质心坐标向量 上， 并将投影点从小到大排序， 选取投影值大于 零的三角面片索引集合， 由于牙齿模型三角面片质心坐标索引和 三角面片索引一一对应， 通过此方法可以保留牙齿模型A靠近牙齿模型B的三角面片和牙齿模型B靠近牙齿模型A的 三角面片， 以达 到减少三角面片数目的目的。 7.根据权利要求1所述的一种牙齿模型碰撞检测方法， 其特征在于： 所述步骤四中， 将 牙齿模型A的顶点坐标集合和牙齿模型B的三角面片质心坐标集合根据最小欧式距离进行 配对， 其中， 牙齿模型A的顶点坐标集合是指牙齿模型A的缩减后的三角面片集合对应的顶 点坐标集合， 牙齿模 型B的三角面片质心 坐标集合是指牙齿模 型B的缩减后的三角面片集合 对应的三角面片质心 坐标集合， 遍历牙齿模型A的顶点坐标集合计算牙齿模型A的顶点坐标 集合牙齿模型B的三角面片的质心 集合的欧氏距离， 可以得到对应牙齿模型A的顶点坐标集 合的牙齿模型B的三角面片的质心集合的最小欧式距离三角面片索引集合， 由于三角面片 索引和法向量索引是一一对应的， 可以得到与牙齿模型A的顶点坐标集合中的每个顶点对 应的牙齿模型B的最短距离三角面片及其法向量。 8.根据权利要求1所述的一种牙齿模型碰撞检测方法， 其特征在于： 所述步骤五中， 将 牙齿模型A的顶点坐标集合中的顶点坐标减去与之配对的牙齿模型B的三角面片质心坐标 集合中的三角面片质心坐标， 其中， 牙齿模型A的顶点坐标集合是指牙齿模型A的缩减后的 三角面片集 合对应的顶点 坐标集合。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115470540 A 3