近年来,由于饮食习惯或者遗传因素的影响,人们的牙齿健康问题越来越严重,牙齿拥挤、稀疏、哨牙等现象普遍存在于广大人群中。本文从临床实际应用的角度出发,提出一套面向正畸应用的数字化排牙方法,来帮助正畸医师快速定位托槽的位置。具体包括交互式虚拟托槽定位方法、基于理想牙弓线引导的牙齿排列方法和基于虚拟现实技术的交互式排牙方法。具体的研究内容如下:1.提出一种使用LDNI(Layered Depth-Normal Images,分层深度-法向图)与点集匹配的虚拟托槽交互方法,通过鼠标交互的方式,实现托槽在牙齿表面的快速移动。具体来说,首先在3D空间坐标系中使用LDNI完成对托槽底部点的采样;然后通过最近距离算法查找牙齿表面的对应点;最后通过点集匹配的方法确定托槽在牙齿表面的位置。2.提出一种基于理想牙弓曲线引导的牙齿排列方法。首先针对不同类别的牙齿,选取不同位置和数量的特征点;其次根据选取的特征点,使用β函数拟合出牙弓曲线,并用二次Laplacian算法进行曲线优化,得到理想的牙弓曲线;然后,计算每颗牙齿移动到理想矫治位置的平移量和旋转量,并在牙齿移动过程中使用OBB包围盒法对相邻牙齿之间进行碰撞检测;最后按照确定的排牙顺序,用理想牙弓线引导牙齿排列。3.开发出一套基于VR的口腔正畸可视化系统。首先,我们利用VR技术的沉浸性、交互性、想象性的特点,从模块、交互方式、功能三个方面进行系统分析和功能设计;然后基于Unity 3D开发平台,使用HTC Vive手柄与虚拟环境进行人机交互,实现了口腔诊所场景漫游、正畸数据可视化以及交互式排牙的功能,让用户有很强的参与性体验,同时对于普及口腔知识具有一定的教育意义。系统试用表明,我们提出的数字化排牙方法比较合理,基于VR的口腔正畸可视化系统的用户反馈较好。此外,使用Open GL和Unity 3D平台进行开发,分别从灵活性和沉浸感两个方面为医生提供了可视化交互方式。