本發明涉及圖像數據處理，具體涉及基于3d掃描的口腔仿真動畫生成設備及方法。
背景技術：
1、口腔牙齒的健康逐漸受到人們的關注。醫生在給患者進行牙齒建模時，需要先獲取患者的口腔牙齒的仿真動畫，才能進一步判斷患者牙齒產生病變的原由，進而給出合理的治療方案。隨著3d建模技術的完善以及結構光技術的成熟，采用3d掃描的方式建立牙齒模型進而生成口腔牙齒的仿真動畫逐漸成為主流。
2、相關技術中，在生成口腔牙齒仿真動畫時，需要對口腔內3d掃描的點云數據進行網格重建，然而口腔內環境較為復雜，使用統一的邊折疊策略在對表面重建模型進行網格簡化時會產生細節丟失，使得3d掃描技術在捕捉口腔牙齒結構細節時，會出現數據精度不夠的問題，導致口腔牙齒模型在仿真動畫中不夠精確。因此，亟需開發一種基于3d掃描的口腔仿真動畫生成設備。
技術實現思路
1、為了解決通過邊折疊策略對表面重建模型進行網格簡化的細節丟失影響建模精確性的技術問題，本發明的目的在于提供基于3d掃描的口腔仿真動畫生成設備及方法，所采用的技術方案具體如下：
2、第一方面，本發明提供一種基于3d掃描的口腔仿真動畫生成設備，所述口腔仿真動畫生成設備包括：
3、獲取模塊，用于獲取牙齒點云數據，所述牙齒點云數據為由離散點組成的數據，每個離散點由三維空間中三維坐標表示；
4、構建模塊，用于基于所述牙齒點云數據，構建牙齒表面模型，所述牙齒表面模型為將所述離散點進行合并和連接得到的三角形網格，所述三角形網格包括結構點和連接邊；
5、折疊模塊，用于對牙齒表面模型進行網格折疊簡化處理，得到牙齒仿真模型，其中，折疊模塊包括：
6、（1）規整度確定單元，用于根據牙齒表面模型中局部區域的曲率變化，確定局部區域的規整度，基于所述局部區域規整度將局部區域劃分為關鍵局部區域和不關鍵局部區域，所述不關鍵局部區域的局部規整度大于或等于規整閾值，所述關鍵局部區域的局部規整度小于規整閾值，所述局部區域為相鄰兩個結構點中的至少一個結構點所在的三角形網格構成的區域；
7、（2）優選程度確定單元，用于根據不關鍵局部區域之間的網格密度變化、相鄰的不關鍵局部區域中連接邊之間的長度差異以及不關鍵局部區域的幾何結構誤差（quadricerror?metrics，qem），確定折疊邊和折疊頂點的優選程度，以進行簡化折疊；
8、（3）折疊單元，用于根據所述折疊邊和折疊頂點的優選程度對應的折疊邊和折疊頂點，對所述牙齒表面模型進行第一次網格折疊，得到一次折疊后的不關鍵局部區域；
9、（4）結構簡化失真度確定單元，用于根據折疊前和一次折疊后的不關鍵局部區域的局部變化，確定不關鍵局部區域的結構簡化失真度，所述局部變化包括三角形網格的形狀比例變化；
10、（5）重復執行單元，用于響應于不關鍵局部區域的結構簡化失真度小于失真閾值，對不關鍵局部區域重復執行規整度確定單元至結構簡化失真度確定單元的操作，直至不關鍵局部區域的結構簡化失真度大于或等于失真閾值，得到牙齒仿真模型；
11、生成模塊，用于基于所述牙齒仿真模型，生成口腔仿真動畫。
12、在一些實施例中，所述規整度確定單元包括：
13、規整度計算子單元，用于根據牙齒表面模型中局部區域的曲率變化，得到局部區域的規整度；
14、劃分子單元，用于根據所述局部區域的規整度，將局部區域劃分為關鍵局部區域和不關鍵局部區域。
15、在一些實施例中，根據如下公式，得到局部區域的規整度：
16、；
17、式中，表示當前局部區域的規整度，表示當前局部區域內結構點的數量，表示對當前局部區域進行最小二乘法擬合處理得到的當前局部區域的擬合曲面中第個結構點的曲率，表示對當前局部區域進行最小二乘法擬合處理得到的當前局部區域的擬合曲面中所有結構點的曲率均值，表示對當前局部區域進行最小二乘法擬合處理得到的當前局部區域的擬合曲面中結構點的曲率的極差，表示當前局部區域內所有結構點對應的曲率按照從小到大進行排列后得到的曲率序列中結構點的數量，表示所述曲率序列中第個結構點的曲率，表示所述曲率序列中第個結構點的曲率，表示以自然常數表示底的指數函數，用于進行負相關映射和歸一化處理，表示所述曲率序列中結構點的序號。
18、在一些實施例中，所述優選程度確定單元包括：
19、網格密度變化計算子單元，用于確定不關鍵局部區域之間的網格密度變化；
20、長度差異計算子單元，用于確定相鄰的不關鍵局部區域中連接邊之間的長度差異；
21、優選程度計算子單元，用于確定折疊邊和折疊頂點的優選程度。
22、在一些實施例中，根據如下公式，確定不關鍵局部區域之間的網格密度變化：
23、；
24、式中，表示當前不關鍵局部區域的網格密度變化值，表示與當前不關鍵局部區域相鄰的不關鍵局部區域的數量，表示當前不關鍵局部區域中三角形網格的密度，表示與當前不關鍵局部區域相鄰的第個不關鍵局部區域中三角形網格的密度，表示符號函數。
25、在一些實施例中，根據如下公式，確定相鄰的不關鍵局部區域中連接邊之間的長度差異：
26、；
27、式中，表示當前不關鍵局部區域中連接邊的長度和與當前不關鍵局部區域中相鄰的不關鍵局部區域中連接邊的長度之間差異，表示與當前不關鍵局部區域相鄰的不關鍵局部區域中連接邊的數量，表示當前不關鍵局部區域中連接邊的長度，表示與當前不關鍵局部區域相鄰的第個不關鍵局部區域中連接邊的長度，表示與當前不關鍵局部區域相鄰的不關鍵局部區域中連接邊的序號。
28、在一些實施例中，根據如下公式，確定折疊邊和折疊頂點的優選程度：
29、；
30、式中，表示當前不關鍵局部區域中連接邊上第個位置的折疊優選程度，表示當前不關鍵局部區域中連接邊上第個位置的幾何結構誤差，表示線性歸一化函數，用于歸一化處理。
31、在一些實施例中，根據如下公式，確定不關鍵局部區域的結構簡化失真度：
32、；
33、式中，表示經過一次折疊后的不關鍵局部區域的結構簡化失真度，表示在不關鍵局部區域中共有折疊頂點的所有三角形網格的數量，表示在不關鍵局部區域中共有折疊頂點的第個三角形網格的每兩條連接邊的排列組合的數量，表示在不關鍵局部區域中共有折疊頂點的第個三角形網格中第個排列組合中兩條連接邊的長度比值，表示線性歸一化函數，用于歸一化處理。
34、在一些實施例中，在所述獲取模塊之后，所述口腔仿真動畫生成設備還包括：
35、預處理模塊，用于通過離群點檢測算法對牙齒點云數據進行離群點過濾預處理。
36、第二方面，本發明提供一種基于3d掃描的口腔仿真動畫生成方法，所述口腔仿真動畫生成方法包括：
37、步驟201，獲取牙齒點云數據，所述牙齒點云數據為由離散點組成的數據，每個離散點由三維空間中三維坐標表示；
38、步驟202，基于所述牙齒點云數據，構建牙齒表面模型，所述牙齒表面模型為將所述離散點進行合并和連接得到的三角形網格，三角形網格包括結構點和連接邊；
39、步驟203，對牙齒表面模型進行網格折疊簡化處理，得到牙齒仿真模型，網格折疊簡化處理步驟包括：
40、步驟2031，根據牙齒表面模型中局部區域的曲率變化，確定局部區域的規整度，基于所述局部區域規整度將局部區域劃分為關鍵局部區域和不關鍵局部區域，所述不關鍵局部區域的局部規整度大于或等于規整閾值，所述關鍵局部區域的局部規整度小于規整閾值，所述局部區域為相鄰兩個結構點中的至少一個結構點所在的三角形網格構成的區域；
41、步驟2032，根據不關鍵局部區域之間的網格密度變化、相鄰的不關鍵局部區域中連接邊之間的長度差異以及不關鍵局部區域的幾何結構誤差，確定折疊邊和折疊頂點的優選程度，以進行簡化折疊；
42、步驟2033，根據所述折疊邊和折疊頂點的優選程度對應的折疊邊和折疊頂點，對所述牙齒表面模型進行第一次網格折疊，得到一次折疊后的不關鍵局部區域；
43、步驟2034，根據折疊前和一次折疊后的不關鍵局部區域的局部變化，確定不關鍵局部區域的結構簡化失真度，所述局部變化包括三角形網格的形狀比例變化；
44、步驟2035，響應于不關鍵局部區域的結構簡化失真度小于失真閾值，對不關鍵局部區域重復進行步驟2031至步驟2034的操作，直至不關鍵局部區域的結構簡化失真度大于或等于失真閾值，得到牙齒仿真模型；
45、步驟204，基于所述牙齒仿真模型，生成口腔仿真動畫。
46、本發明具有如下有益效果：
47、本發明提供的一種基于3d掃描的口腔仿真動畫生成設備及方法，該設備包括獲取模塊、構建模塊、折疊模塊和生成模塊。獲取模塊，用于獲取牙齒點云數據，以后續牙齒建模提供數據基礎；構建模塊，用于基于牙齒點云數據，構建牙齒表面模型，以賦予牙齒點云數據空間結構，直觀掌握牙齒分布；折疊模塊，用于對牙齒表面模型進行網格折疊簡化處理，得到牙齒仿真模型，以對牙齒表面模型在保留細節的基礎上進行簡化，減少牙齒仿真模型的構建復雜度，保證牙齒咬合面區域和牙齒根部區域的不丟失關鍵的幾何特征，提升模型構建的精確性；生成模塊，用于基于牙齒仿真模型，生成口腔仿真動畫，以精準地反映口腔中牙齒的分布情況。該設備可以減少模型構建的復雜度，保留牙齒的關鍵信息，提升牙齒仿真模型的精確性。