隱形矯治方案中的牙齒運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃方法研究
發(fā)布時(shí)間:2021-09-28 04:21
針對(duì)隱形矯治方案制定過(guò)程中傳統(tǒng)牙齒運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃方法準(zhǔn)確度及效率低下問題,根據(jù)牙頜評(píng)價(jià)參數(shù)提出新的目標(biāo)函數(shù),再以傳統(tǒng)的人工蜂群算法(ABC)為基礎(chǔ),通過(guò)外部存儲(chǔ)存放Pareto解集,然后以改進(jìn)的Harmonic距離對(duì)Pareto解集進(jìn)行更新,從而提高種群的多樣性。隨后通過(guò)Slerp球面線性插值以及線性插值獲取牙齒運(yùn)動(dòng)路徑初始值,與人工蜂群算法中的初始食物源生成方式相結(jié)合,生成更好的食物源。通過(guò)改進(jìn)后的人工蜂群算法采用優(yōu)先級(jí)方案對(duì)新目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,得到牙齒的無(wú)碰撞運(yùn)動(dòng)路徑。通過(guò)驗(yàn)證本文方法的矯治方案效果,并與傳統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行比較,結(jié)果表明目標(biāo)函數(shù)可以生成更符合臨床治療要求的矯治方案,改進(jìn)ABC算法相比基本ABC能夠獲得更優(yōu)的路徑,縮短了矯治階段數(shù),具有實(shí)用價(jià)值。
【文章來(lái)源】:圖學(xué)學(xué)報(bào). 2020,41(04)北大核心CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】:11 頁(yè)
【部分圖文】:
Spee曲線Fig.1Speecurve
鈉蘭?依據(jù)。牙列擁擠度與Spee曲線有密切的關(guān)系,Spee曲線越平滑,牙列的擁擠度會(huì)變大,引起如牙齒向唇側(cè)突出的問題。一般情況下,每平整1mm的Spee曲線,需要縮小1mm的牙弓間隙。所以Spee曲線深度和牙列擁擠度應(yīng)該控制在一個(gè)平衡的范圍內(nèi),過(guò)度松散及擁擠均會(huì)給病人帶來(lái)不適。Spee曲線及咬合面關(guān)系如圖1所示。圖1Spee曲線Fig.1Speecurve1.2.2牙弓對(duì)稱性牙弓對(duì)稱性[10]主要包含:①上下頜關(guān)于咬合面的對(duì)稱性;②同一牙列兩側(cè)牙齒關(guān)于牙弓中軸線的對(duì)稱性。牙弓對(duì)稱性如圖2所示。圖2牙弓對(duì)稱性Fig.2Archsymmetry將上頜牙弓的中軸線投影到咬合面上,該投影與下頜中軸線方向向量之間的夾角越小則表明上下牙弓越對(duì)稱。兩側(cè)牙齒之間的對(duì)稱性則分別在各自所在牙弓進(jìn)行,以上頜為例,將磨牙的近中舌側(cè)牙尖點(diǎn)、前磨牙的舌側(cè)牙尖點(diǎn)以及尖牙的牙尖點(diǎn)投影到咬合平面,向上頜牙弓中軸線作垂線,線段長(zhǎng)度代表牙齒到中軸線的距離,通過(guò)測(cè)量?jī)蓚?cè)牙齒到中軸線的距離,其差值越小則越對(duì)稱。1.3正畸參數(shù)計(jì)算1.3.1Spee曲線深度口腔學(xué)將牙尖點(diǎn)中最低的點(diǎn)到第二磨牙遠(yuǎn)中頰尖與中切牙最高點(diǎn)所構(gòu)成的直線距離,稱為Spee曲線深度,即depthSpeeHmin(D)(1)其中,H為咬合面的高度;D為i牙尖點(diǎn)高度,取最小值。為了使Spee曲線盡量平滑,式(1)需取極小值。1.3.2牙列擁擠度牙列擁擠度,是指牙弓原本應(yīng)有的長(zhǎng)度與現(xiàn)有長(zhǎng)度之差。牙弓應(yīng)有長(zhǎng)度代表所有牙齒寬度之和。牙弓現(xiàn)有長(zhǎng)度是指當(dāng)前牙弓線長(zhǎng)度。當(dāng)前牙弓線長(zhǎng)度可以用四次二維曲線來(lái)表示,將牙齒特征點(diǎn)投影到咬合面,然后用最小二乘法擬合出該曲線,即43212345p(x
薊?錐問怯燒觳旆?全局生成初始食物源。對(duì)于牙齒運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃而言,最優(yōu)路徑實(shí)際上是直接從起始位姿平移旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位姿,是理想無(wú)碰撞情況下的路徑,而實(shí)際正畸過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)牙齒間的碰撞、約束及運(yùn)動(dòng)量約束等問題,因此需要在理想路徑的基礎(chǔ)上優(yōu)化出無(wú)碰撞、滿足約束的路徑;诖耍枋紫全@取理想狀態(tài)下的牙齒路徑,并以此作為初始食物源,然后結(jié)合人工蜂群算法對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化。3.1.1旋轉(zhuǎn)量插值插值問題是圖形學(xué)中的經(jīng)典問題,一般線性插值可以滿足大多數(shù)的情況,但對(duì)于旋轉(zhuǎn)、線性插值的效果并不好。如圖3所示,考慮旋轉(zhuǎn)角度,線性插值得到的旋轉(zhuǎn)結(jié)果是不均勻的。如果對(duì)2個(gè)單位四元數(shù)進(jìn)行插值,線性插值得到的一定不是單位四元數(shù),對(duì)于旋轉(zhuǎn)的插值不應(yīng)該改變長(zhǎng)度,顯然圖4中的球面插值更為合理。圖中ps為起始矢量,pe為最終矢量,t[0,1],tθ和(1–t)θ代表了插值矢量r弧上的位置,θ為起始矢量與最終矢量的夾角。圖3線性插值Fig.3Linearinterpolation圖4球面插值Fig.4Sphericallinearinterpolation在牙齒運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃過(guò)程中,由于正畸力不便于控制,所以假設(shè)牙齒的角速度恒定,本文采用球面線性插值(sphericallinearinterpolation,Slerp)來(lái)進(jìn)行牙齒旋轉(zhuǎn)量插值,即sin((1))sin()(,,)sinsinsesettSlerptrpppp(30)3.1.2平移量線性插值在歐氏空間中,任意2點(diǎn)間的最短距離為2點(diǎn)的直線距離,因?yàn)檠例X的平移量只需根據(jù)上文中移動(dòng)量約束進(jìn)行均勻插值,可分為若干正畸階段,如圖5所示,其中C0i為牙齒初始位置;Cni為牙齒目標(biāo)位置。圖5平移量插值Fig.5Translationinte
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]無(wú)托槽隱形矯治器與固定矯治器對(duì)正畸患者牙周健康影響的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展[J]. 盧海麗,康娜. 口腔醫(yī)學(xué)研究. 2019(07)
[2]Spee曲線和擁擠度對(duì)口腔正畸模型2D與3D測(cè)量法的影響[J]. 龔誠(chéng),聞娟,李佳嶺,李煌. 口腔醫(yī)學(xué)研究. 2018(06)
[3]基于雙種群的約束多目標(biāo)優(yōu)化算法[J]. 畢曉君,張磊,肖婧. 計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展. 2015(12)
[4]計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)[J]. 范然,鈕葉新,金小剛,顧書華,施潔珺,王慧明. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2013(01)
[5]一種基于PSO的自動(dòng)化排牙方法[J]. 王先澤,李忠科,馬亞奇,陳柏松. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2012(05)
[6]Angle各類錯(cuò)及正常牙弓對(duì)稱性分析與比較[J]. 聶瓊,林久祥. 中華口腔醫(yī)學(xué)雜志. 2000(02)
博士論文
[1]多移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃研究[D]. 馬勇.華中科技大學(xué) 2012
碩士論文
[1]隱形矯治技術(shù)中的正疇路徑規(guī)劃研究[D]. 付敬鼎.西安科技大學(xué) 2018
[2]牙齒正畸路徑規(guī)劃方法研究及可視化開發(fā)[D]. 張?bào)?山東大學(xué) 2016
[3]牙齒矯正中牙齒移動(dòng)的仿真和優(yōu)化方法研究[D]. 楊光.西安科技大學(xué) 2011
本文編號(hào):3411230
【文章來(lái)源】:圖學(xué)學(xué)報(bào). 2020,41(04)北大核心CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】:11 頁(yè)
【部分圖文】:
Spee曲線Fig.1Speecurve
鈉蘭?依據(jù)。牙列擁擠度與Spee曲線有密切的關(guān)系,Spee曲線越平滑,牙列的擁擠度會(huì)變大,引起如牙齒向唇側(cè)突出的問題。一般情況下,每平整1mm的Spee曲線,需要縮小1mm的牙弓間隙。所以Spee曲線深度和牙列擁擠度應(yīng)該控制在一個(gè)平衡的范圍內(nèi),過(guò)度松散及擁擠均會(huì)給病人帶來(lái)不適。Spee曲線及咬合面關(guān)系如圖1所示。圖1Spee曲線Fig.1Speecurve1.2.2牙弓對(duì)稱性牙弓對(duì)稱性[10]主要包含:①上下頜關(guān)于咬合面的對(duì)稱性;②同一牙列兩側(cè)牙齒關(guān)于牙弓中軸線的對(duì)稱性。牙弓對(duì)稱性如圖2所示。圖2牙弓對(duì)稱性Fig.2Archsymmetry將上頜牙弓的中軸線投影到咬合面上,該投影與下頜中軸線方向向量之間的夾角越小則表明上下牙弓越對(duì)稱。兩側(cè)牙齒之間的對(duì)稱性則分別在各自所在牙弓進(jìn)行,以上頜為例,將磨牙的近中舌側(cè)牙尖點(diǎn)、前磨牙的舌側(cè)牙尖點(diǎn)以及尖牙的牙尖點(diǎn)投影到咬合平面,向上頜牙弓中軸線作垂線,線段長(zhǎng)度代表牙齒到中軸線的距離,通過(guò)測(cè)量?jī)蓚?cè)牙齒到中軸線的距離,其差值越小則越對(duì)稱。1.3正畸參數(shù)計(jì)算1.3.1Spee曲線深度口腔學(xué)將牙尖點(diǎn)中最低的點(diǎn)到第二磨牙遠(yuǎn)中頰尖與中切牙最高點(diǎn)所構(gòu)成的直線距離,稱為Spee曲線深度,即depthSpeeHmin(D)(1)其中,H為咬合面的高度;D為i牙尖點(diǎn)高度,取最小值。為了使Spee曲線盡量平滑,式(1)需取極小值。1.3.2牙列擁擠度牙列擁擠度,是指牙弓原本應(yīng)有的長(zhǎng)度與現(xiàn)有長(zhǎng)度之差。牙弓應(yīng)有長(zhǎng)度代表所有牙齒寬度之和。牙弓現(xiàn)有長(zhǎng)度是指當(dāng)前牙弓線長(zhǎng)度。當(dāng)前牙弓線長(zhǎng)度可以用四次二維曲線來(lái)表示,將牙齒特征點(diǎn)投影到咬合面,然后用最小二乘法擬合出該曲線,即43212345p(x
薊?錐問怯燒觳旆?全局生成初始食物源。對(duì)于牙齒運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃而言,最優(yōu)路徑實(shí)際上是直接從起始位姿平移旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)位姿,是理想無(wú)碰撞情況下的路徑,而實(shí)際正畸過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)牙齒間的碰撞、約束及運(yùn)動(dòng)量約束等問題,因此需要在理想路徑的基礎(chǔ)上優(yōu)化出無(wú)碰撞、滿足約束的路徑;诖耍枋紫全@取理想狀態(tài)下的牙齒路徑,并以此作為初始食物源,然后結(jié)合人工蜂群算法對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化。3.1.1旋轉(zhuǎn)量插值插值問題是圖形學(xué)中的經(jīng)典問題,一般線性插值可以滿足大多數(shù)的情況,但對(duì)于旋轉(zhuǎn)、線性插值的效果并不好。如圖3所示,考慮旋轉(zhuǎn)角度,線性插值得到的旋轉(zhuǎn)結(jié)果是不均勻的。如果對(duì)2個(gè)單位四元數(shù)進(jìn)行插值,線性插值得到的一定不是單位四元數(shù),對(duì)于旋轉(zhuǎn)的插值不應(yīng)該改變長(zhǎng)度,顯然圖4中的球面插值更為合理。圖中ps為起始矢量,pe為最終矢量,t[0,1],tθ和(1–t)θ代表了插值矢量r弧上的位置,θ為起始矢量與最終矢量的夾角。圖3線性插值Fig.3Linearinterpolation圖4球面插值Fig.4Sphericallinearinterpolation在牙齒運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃過(guò)程中,由于正畸力不便于控制,所以假設(shè)牙齒的角速度恒定,本文采用球面線性插值(sphericallinearinterpolation,Slerp)來(lái)進(jìn)行牙齒旋轉(zhuǎn)量插值,即sin((1))sin()(,,)sinsinsesettSlerptrpppp(30)3.1.2平移量線性插值在歐氏空間中,任意2點(diǎn)間的最短距離為2點(diǎn)的直線距離,因?yàn)檠例X的平移量只需根據(jù)上文中移動(dòng)量約束進(jìn)行均勻插值,可分為若干正畸階段,如圖5所示,其中C0i為牙齒初始位置;Cni為牙齒目標(biāo)位置。圖5平移量插值Fig.5Translationinte
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]無(wú)托槽隱形矯治器與固定矯治器對(duì)正畸患者牙周健康影響的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展[J]. 盧海麗,康娜. 口腔醫(yī)學(xué)研究. 2019(07)
[2]Spee曲線和擁擠度對(duì)口腔正畸模型2D與3D測(cè)量法的影響[J]. 龔誠(chéng),聞娟,李佳嶺,李煌. 口腔醫(yī)學(xué)研究. 2018(06)
[3]基于雙種群的約束多目標(biāo)優(yōu)化算法[J]. 畢曉君,張磊,肖婧. 計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展. 2015(12)
[4]計(jì)算機(jī)輔助牙齒隱形正畸系統(tǒng)[J]. 范然,鈕葉新,金小剛,顧書華,施潔珺,王慧明. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2013(01)
[5]一種基于PSO的自動(dòng)化排牙方法[J]. 王先澤,李忠科,馬亞奇,陳柏松. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用. 2012(05)
[6]Angle各類錯(cuò)及正常牙弓對(duì)稱性分析與比較[J]. 聶瓊,林久祥. 中華口腔醫(yī)學(xué)雜志. 2000(02)
博士論文
[1]多移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃研究[D]. 馬勇.華中科技大學(xué) 2012
碩士論文
[1]隱形矯治技術(shù)中的正疇路徑規(guī)劃研究[D]. 付敬鼎.西安科技大學(xué) 2018
[2]牙齒正畸路徑規(guī)劃方法研究及可視化開發(fā)[D]. 張?bào)?山東大學(xué) 2016
[3]牙齒矯正中牙齒移動(dòng)的仿真和優(yōu)化方法研究[D]. 楊光.西安科技大學(xué) 2011
本文編號(hào):3411230
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