CN118279538A - 一种针对体表模型的弯曲方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对体表模型的弯曲方法和***，涉及三维建模的技术领域，包括获取体表模型和弯曲参数；在体表模型上确定第一基准面和第二基准面；基于所述第一基准面和第二基准面，划分若干种弯曲模式，并确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点及其弯曲方式；在不同弯曲模式下，基于弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点；连接所有弯曲后的网格顶点，获得弯曲后的体表模型。本发明自动化程度高，自由度高，生成的弯曲后的体表模型精确度高，符合人体真实轮廓，进一步提高了生成矫形器设计方案的效率，减少试错和调整时间，提高治疗过程的效率。
Description
技术领域
本发明涉及三维建模的技术领域，更具体地，涉及一种针对体表模型的弯曲方法和***。
背景技术
脊柱侧弯是一种常见的脊柱畸形，主要表现为脊柱在冠状面上的非正常侧曲。脊柱侧弯通常在儿童和青少年期间发展，可能由遗传因素、神经肌肉疾病，姿势不良等多种因素引起。传统的脊柱侧弯矫形器制作需要经过多道繁琐工序：制备患者躯干阴模、灌制石膏阳模、石膏阳模修型、矫形器板材热塑成型及修型等，从而使矫正效果往往依赖于矫形师的经验，还存在精确度不高、材料消耗严重、自动化程度低，设计周期长、难以实现个性化定制等缺点。
随着计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）技术的发展，越来越多的康复医疗器械设计开始采用CAD软件来实现。通过光学或激光技术获取物体表面的几何数据，使用三维扫描仪对患者身体表面进行扫描，以获取包含身体形状和曲面细节的三维点云数据，之后使用CAD软件来处理和分析这些数据，进而生成患者的体表模型。
对于通过扫描身体获得三维点云数据生成体表模型的方法，极度依赖患者真实的身体表面数据；在矫形器设计初期，针对所获得一个体表模型难以设计多个方案。并且人体作为典型的弹性连接刚体，线性改变身体表面数据，将会导致调整后的人体模型不符合人体真实的三维轮廓和细节，进而影响矫形器设计方法的准确性。因此，亟需设计一种自动化程度高、自由度高的人体模型的弯曲方法，根据微调患者体表的几何形态和曲线特征来生成多套矫形器的设计方案，以及评估不同设计方案的矫正效果，减少试错和调整时间，从而选择最佳方案，提高治疗过程的效率。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种针对体表模型的弯曲方法，以克服上述现有技术对人体模型进行弯曲时自动化程度低，弯曲后的人体模型不符合人体真实情况的缺陷；目的之二在于提供一种针对体表模型的弯曲***。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明公开了一种针对体表模型的弯曲方法，包括：
获取体表模型和对所述体表模型进行弯曲的弯曲参数；
在所述体表模型上确定第一基准面和第二基准面；
基于所述第一基准面和第二基准面，划分若干种弯曲模式，并确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点及其弯曲方式；
在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点；
连接所有弯曲后的网格顶点，获得弯曲后的体表模型。
优选地，所述弯曲参数包括弯曲方向和弯曲振幅。
优选地，在所述体表模型上确定第一基准面和第二基准面，包括：
根据所述体表模型对应的脊柱侧弯的类型，利用光线投射法构建两个贯穿所述体表模型的水平面，分别作为第一基准面和第二基准面；
将所述第一基准面与所述体表模型的任一交点的纵坐标，作为第一基准面高度值；
将所述第二基准面与所述体表模型的任一交点的纵坐标，作为第二基准面高度值；
所述第二基准面高度值小于第一基准面高度值。
优选地，所述若干个弯曲模式包括顶部弯曲模式、底部弯曲模式和整体弯曲模式。
优选地，确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点，包括：
确定组成所述体表模型的所有网格顶点及其三维坐标，比较每个网格顶点的纵坐标与第二基准面高度值或第一基准面高度值的大小：
当在顶部弯曲模式下时，将纵坐标大于第二基准面高度值的网格顶点，作为待弯曲的网格顶点；
当在底部弯曲模式下时，将纵坐标小于第一基准面高度值的网格顶点，作为待弯曲的网格顶点；
当在整体弯曲模式下时，将所有网格顶点作为待弯曲的网格顶点。
优选地，确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点的弯曲方式，包括：
分别比较待弯曲的网格顶点的纵坐标与第一基准面高度值、第二基准面高度值的大小：
当在顶部弯曲模式下时，对纵坐标大于第二基准面高度值且小于等于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用过渡弯曲方式，对纵坐标大于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用直接弯曲方式；
当在底部弯曲模式下时，对纵坐标大于等于第二基准面高度值且小于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用过渡弯曲方式，对纵坐标小于第二基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用直接弯曲方式；
当在整体弯曲模式下时，对纵坐标大于等于第二基准面高度值且小于等于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用过渡弯曲方式，对其余的待弯曲的网格顶点采用直接弯曲方式。
优选地，在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点，包括：
在任意弯曲模式下，对于采用直接弯曲方式的待弯曲的网格顶点：
根据所述弯曲方向构建旋转轴：
式中，表示旋转轴，表示绕轴转动的角度，表示绕轴转动的角度，表示绕轴转动的角度，表示弯曲方向；
将所述弯曲振幅转化为弧度形式，获得弧度形式的弯曲振幅；
基于旋转轴和弧度形式的弯曲振幅，构建第一旋转矩阵：
式中，表示第一旋转矩阵，表示弧度形式的弯曲振幅；
将采用直接弯曲方式的待弯曲的网格顶点的三维坐标与第一旋转矩阵相乘，获得对应的弯曲后的网格顶点的三维坐标。
优选地，在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点，还包括：
在任意弯曲模式下，对于采用过渡弯曲方式的待弯曲的网格顶点：
计算第一基准面和第二基准面之间的距离，记为第一距离：
式中，表示第一距离，表示第一基准面高度值，表示第二基准面高度值；
基于每个待弯曲的网格顶点的纵坐标、第一基准面高度值和第二基准面高度值，计算每个待弯曲的网格顶点的第二距离；
基于所述第一距离和第二距离，计算弯曲比例系数：
式中，表示第个待弯曲的网格顶点的弯曲比例系数，表示第个待弯曲的网格顶点的第二距离；
根据所述弯曲方向构建旋转轴：
式中，表示旋转轴，表示绕轴转动的角度，表示绕轴转动的角度，表示绕轴转动的角度，表示弯曲方向；
将弯曲比例系数与所述弯曲振幅相乘，获得比例弯曲振幅；
将所述比例弯曲振幅转化为弧度形式，获得弧度形式的比例弯曲振幅；
基于旋转轴和弧度形式的比例弯曲振幅，构建第二旋转矩阵：
式中，表示第二旋转矩阵，表示弧度形式的比例弯曲振幅；
将采用过渡弯曲方式的待弯曲的网格顶点的三维坐标与第二旋转矩阵相乘，获得对应的弯曲后的网格顶点的三维坐标。
优选地，基于每个待弯曲的网格顶点的纵坐标、第一基准面高度值和第二基准面高度值，计算每个待弯曲的网格顶点的第二距离，包括：
当选择顶部弯曲模式时，分别计算每个待过渡弯曲的网格顶点的纵坐标与第二基准面高度值的差值，对应作为每个待弯曲的网格顶点的第二距离；
当选择底部弯曲模式时，分别计算每个待过渡弯曲的网格顶点的纵坐标与第一基准面高度值的差值，对应作为每个待弯曲的网格顶点的第二距离；
当选择整体弯曲模式时，计算第一基准面和第二基准面的高度值中值；分别计算每个待过渡弯曲的网格顶点的纵坐标与高度值中值的差值，对应作为每个待弯曲的网格顶点的第二距离。
本发明还公开了一种针对体表模型的弯曲***，用于实现上述的弯曲方法，包括：
模型及参数获取模块，用于获取体表模型和对所述体表模型进行弯曲的弯曲参数；
基准面确定模块，用于在所述体表模型上确定第一基准面和第二基准面；
弯曲模式确定模块，用于基于所述第一基准面和第二基准面，划分若干种弯曲模式，并确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点及其弯曲方式；
网格顶点弯曲模块，用于在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点；
弯曲模型获得模块，用于连接所有弯曲后的网格顶点，获得弯曲后的体表模型。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明获取体表模型，在体表模型上确定第一基准面和第二基准面；以第一基准面和第二基准面，划分若干种弯曲模式，以满足不同类型脊椎侧弯的矫形需求；对于每种弯曲模式，确定该模式下体表模型中待弯曲的网格顶点及其弯曲方式；在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点；连接所有弯曲后的网格顶点，获得弯曲后的体表模型；对待弯曲的网格顶点应用不同的弯曲方式，既可以提高体表模型弯曲的精确度和合理性，又能更加符合人体真实的轮廓；本发明自动化程度高，自由度高，微调弯曲参数即可生成多个弯曲后的体表模型，生成的弯曲后的体表模型精确度高，符合人体真实轮廓，进一步提高了生成矫形器设计方案的效率，减少试错和调整时间，提高治疗过程的效率。
附图说明
图1为实施例1所述的一种针对体表模型的弯曲方法的流程图；
图2为实施例2所述的顶部弯曲模式下，体表模型前后弯曲的主视图；
图3为实施例2所述的顶部弯曲模式下，体表模型前后弯曲的左视图；
图4为实施例2所述的顶部弯曲模式下，体表模型左右弯曲的主视图；
图5为实施例2所述的顶部弯曲模式下，体表模型左右弯曲的左视图；
图6为实施例2所述的底部弯曲模式下，体表模型前后弯曲的主视图；
图7为实施例2所述的底部弯曲模式下，体表模型前后弯曲的左视图；
图8为实施例2所述的底部弯曲模式下，体表模型左右弯曲的主视图；
图9为实施例2所述的底部弯曲模式下，体表模型左右弯曲的左视图；
图10为实施例2所述的整体弯曲模式下，体表模型前后弯曲的主视图；
图11为实施例2所述的整体弯曲模式下，体表模型前后弯曲的左视图；
图12为实施例2所述的整体弯曲模式下，体表模型左右弯曲的主视图；
图13为实施例2所述的整体弯曲模式下，体表模型左右弯曲的左视图；
图14为实施例3所述的一种针对体表模型的弯曲***的结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例公开了一种针对体表模型的弯曲方法，如图1所示，包括：
S1：获取体表模型和对所述体表模型进行弯曲的弯曲参数；
S2：在所述体表模型上确定第一基准面和第二基准面；
S3：基于所述第一基准面和第二基准面，划分若干种弯曲模式，并确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点及其弯曲方式；
S4：在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点；
S5：连接所有弯曲后的网格顶点，获得弯曲后的体表模型。
在具体实施过程中，本实施例获取体表模型，在体表模型上确定第一基准面和第二基准面；以第一基准面和第二基准面，划分若干种弯曲模式，以满足不同类型脊椎侧弯的矫形需求；对于每种弯曲模式，确定该模式下体表模型中待弯曲的网格顶点及其弯曲方式；在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点；连接所有弯曲后的网格顶点，获得弯曲后的体表模型；对待弯曲的网格顶点应用不同的弯曲方式，既可以提高体表模型弯曲的精确度和合理性，又能更加符合人体真实的轮廓；本实施例自动化程度高，自由度高，微调弯曲参数即可生成多个弯曲后的体表模型，生成的弯曲后的体表模型精确度高，符合人体真实轮廓，进一步提高了生成矫形器设计方案的效率，减少试错和调整时间，提高治疗过程的效率。
实施例2
本实施例公开了一种针对体表模型的弯曲方法，包括：
S1：获取体表模型和对所述体表模型进行弯曲的弯曲参数；
所述弯曲参数包括弯曲方向和弯曲振幅；
S2：在所述体表模型上确定第一基准面和第二基准面；
根据所述体表模型对应的脊柱侧弯的类型，利用光线投射法构建两个贯穿所述体表模型的水平面，分别作为第一基准面和第二基准面；
将所述第一基准面与所述体表模型的任一交点的纵坐标，作为第一基准面高度值；
将所述第二基准面与所述体表模型的任一交点的纵坐标，作为第二基准面高度值；
所述第二基准面高度值小于第一基准面高度值。
在具体实施过程中，在冠状面单腰弯的患者，骨盆出现倾斜，则可以选择髂嵴上下处作为第一基准面和和第二基准面，对盆骨通过内外侧的弯曲来调节高度，恢复到正常的生理弧度；在冠状面双弯的患者中，胸段也有侧弯的需要施加侧屈效应，将患者的腋下作为第一基准面和和第二基准面；在矢状面出现腰椎过度前凸或者前凸不够的患者，可以选择第一腰椎到第五腰椎作为第一基准面和和第二基准面，调节腰椎至正常的生理弧度；在矢状面出现胸椎后凸不够（平背）或者胸椎后凸角度过大（驼背）的患者，可以选择胸椎上下作为第一基准面和和第二基准面，将胸椎调整至正常的生理弧度。
S3：基于所述第一基准面和第二基准面，划分若干种弯曲模式，并确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点及其弯曲方式；
在具体实施过程中，基于所述第一基准面和第二基准面，划分顶部弯曲模式、底部弯曲模式和整体弯曲模式；
选择顶部弯曲模式时，第二基准面以上的网格顶点均需要弯曲；选择底部弯曲模式时，第一基准面以下的网格顶点均需要弯曲；选择整体弯曲模式时，体表模型中所有网格顶点均需要弯曲；具体地通过比较体表模型的所有网格顶点的纵坐标与第二基准面高度值或第一基准面高度值的大小来实现：
当在顶部弯曲模式下时，将纵坐标大于第二基准面高度值的网格顶点，作为待弯曲的网格顶点；
当在底部弯曲模式下时，将纵坐标小于第一基准面高度值的网格顶点，作为待弯曲的网格顶点；
当在整体弯曲模式下时，所有网格顶点均作为待弯曲的网格顶点。
而进一步为了使弯曲的效果更加符合人体真实的非线性变化，对待弯曲的网格顶点的弯曲方式再详细进行区分：顶部弯曲模式时，第二基准面以上的网格顶点均需要弯曲，第一基准面和第二基准面之间及第一基准面上的网格顶点有过渡的弯曲，实现模型平滑的目的，而第一基准面以上的网格顶点则直接弯曲预设置的弯曲振幅即可；同理，底部弯曲模式时，第一基准面以下的网格顶点均需要弯曲，第一基准面和第二基准面之间及第二基准面上的网格顶点需要有过渡的弯曲，实现模型平滑的目的，而第二基准面以下的网格顶点则直接弯曲预设置的弯曲振幅即可；在整体弯曲模式时，所有网格顶点均需要弯曲，第一基准面和第二基准面之间及第一基准面和第二基准面上的网格顶点需要有过渡的弯曲，实现模型平滑的目的，第一基准面以上和第二基准面以下的网格顶点则直接弯曲预设置的弯曲振幅即可；具体地通过比较待弯曲的网格顶点的纵坐标与第二基准面高度值和第一基准面高度值的大小来实现，即：
当在顶部弯曲模式下时，对纵坐标大于第二基准面高度值且小于等于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用过渡弯曲方式，对纵坐标大于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用直接弯曲方式；
当在底部弯曲模式下时，对纵坐标大于等于第二基准面高度值且小于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用过渡弯曲方式，对纵坐标小于第二基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用直接弯曲方式；
当在整体弯曲模式下时，对纵坐标大于等于第二基准面高度值且小于等于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用过渡弯曲方式，对其余的待弯曲的网格顶点采用直接弯曲方式。
S4：在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点；
在具体实施过程中，当选择了顶部弯曲模式时，对于采用直接弯曲方式的位于第一基准面之上的待弯曲的网格顶点，首先根据预设置的弯曲方向构建旋转轴：
式中，表示旋转轴，表示绕轴转动的角度，表示绕轴转动的角度，表示绕轴转动的角度，表示弯曲方向；
之后将预设置的弯曲振幅转化为弧度形式，获得弧度形式的弯曲振幅；
然后根据转轴和弧度形式的弯曲振幅，构建第一旋转矩阵：
式中，表示第一旋转矩阵，表示弧度形式的弯曲振幅；
最后将第一基准面之上的待弯曲的网格顶点的三维坐标与第一旋转矩阵相乘，获得对应的弯曲后的网格顶点的三维坐标；
对于采用过渡弯曲方式的待弯曲的网格顶点，首先要计算每个待弯曲的网格顶点的弯曲比例系数，包括：
计算第一基准面和第二基准面之间的距离，记为第一距离：
式中，表示第一距离，表示第一基准面高度值，表示第二基准面高度值；
计算待弯曲的网格顶点与第二基准面的距离，作为第二距离：
式中，表示第个待弯曲的网格顶点的第二距离，示第个待弯曲的网格顶点的纵坐标；
计算待弯曲的网格顶点的弯曲比例系数：
式中，表示第个待弯曲的网格顶点的弯曲比例系数；
之后将每个待弯曲的网格顶点对应的弯曲比例系数与预设置的弯曲振幅相乘，获得对应的比例弯曲振幅；
将每个待弯曲的网格顶点对应的比例弯曲振幅转化为弧度形式，获得弧度形式的比例弯曲振幅；
然后基于旋转轴和弧度形式的比例弯曲振幅，构建第二旋转矩阵：
式中，表示第二旋转矩阵，表示弧度形式的比例弯曲振幅；
最后将采用过渡弯曲方式的待弯曲的网格顶点的三维坐标与第二旋转矩阵相乘，获得对应的弯曲后的网格顶点的三维坐标。
如图2和3所示，分别为顶部弯曲模式下，体表模型前后弯曲的主视图和左视图；如图4和5所示，分别为顶部弯曲模式下，体表模型左右弯曲的主视图和左视图；图中，两条深色线分别表示第一基准面和第二基准面；弯曲方向决定了体表模型是前后弯曲还是左右弯曲，此时第二基准面以上的网格顶点均需要弯曲，第一基准面和第二基准面之间及第一基准面上的网格顶点有过渡的弯曲，实现模型平滑的目的，而第一基准面以上的网格顶点则直接弯曲预设置的弯曲振幅即可。
当选择了底部弯曲模式时，对于采用直接弯曲方式的位于第二基准面之下的待弯曲的网格顶点，弯曲方法与顶部弯曲模式的方法相同；对于采用过渡弯曲方式的待弯曲的网格顶点，弯曲方法与顶部弯曲模式的方法基本相同，区别点在于计算第二距离的方法，在底部弯曲模式下，计算待弯曲的网格顶点与第一基准面的距离，作为第二距离：
式中，表示第个待弯曲的网格顶点的第二距离，示第个待弯曲的网格顶点的纵坐标。
如图6和7所示，分别为底部弯曲模式下，体表模型前后弯曲的主视图和左视图；如图8和9所示，分别为底部弯曲模式下，体表模型左右弯曲的主视图和左视图；图中，两条深色线分别表示第一基准面和第二基准面；弯曲方向决定了体表模型是前后弯曲还是左右弯曲，此时第一基准面以下的网格顶点均需要弯曲，第一基准面和第二基准面之间及第二基准面上的网格顶点需要有过渡的弯曲，实现模型平滑的目的，而第二基准面以下的网格顶点则直接弯曲预设置的弯曲振幅即可。
当选择了整体弯曲模式时，对于采用直接弯曲方式的位于第二基准面之下和位于第一基准面之上的待弯曲的网格顶点，弯曲方法与顶部弯曲模式的方法相同；对于采用过渡弯曲方式的待弯曲的网格顶点，弯曲方法与顶部弯曲模式的方法基本相同，区别点在于计算第二距离的方法，在整体弯曲模式下，计算第一基准面和第二基准面的高度值中值，再分别计算每个待过渡弯曲的网格顶点的纵坐标与高度值中值的差值，对应作为每个待弯曲的网格顶点的第二距离：
式中，表示第个待弯曲的网格顶点的第二距离，示第个待弯曲的网格顶点的纵坐标。
如图10和11所示，分别为整体弯曲模式下，体表模型前后弯曲的主视图和左视图；如图12和13所示，分别为整体弯曲模式下，体表模型左右弯曲的主视图和左视图；图中，两条深色线分别表示第一基准面和第二基准面；弯曲方向决定了体表模型是前后弯曲还是左右弯曲，此时所有网格顶点均需要弯曲，第一基准面和第二基准面之间及第一基准面和第二基准面上的网格顶点需要有过渡的弯曲，实现模型平滑的目的，第一基准面以上和第二基准面以下的网格顶点则直接弯曲预设置的弯曲振幅即可。
另外，在构建旋转矩阵时，若待弯曲的网格顶点对应的第二距离为正值时，需要逆时针构建旋转矩阵；若待弯曲的网格顶点对应的第二距离为负值时，需要顺时针构建旋转矩阵，以达到正确的弯曲效果。
S5：根据体表模型原始的拓扑关系，连接所有弯曲后的网格顶点，获得弯曲后的体表模型。
在实际使用过程中，导入患者的体表模型后，可以自由设置弯曲方向、弯曲幅度、第一基准面和第二基准面，利用本实施例提供的弯曲方法，即可获得对应的弯曲后的体表模型；再根据弯曲后的体表模型生成多套矫形器的设计方案，评估不同设计方案的矫正效果，减少试错和调整时间，从而选择最佳方案，提高治疗过程的效率。
实施例3
本实施例公开了一种针对体表模型的弯曲***，用于实现实施例1或2所述的弯曲方法，如图14所示，包括：
模型及参数获取模块，用于获取体表模型和对所述体表模型进行弯曲的弯曲参数；
基准面确定模块，用于在所述体表模型上确定第一基准面和第二基准面；
弯曲模式确定模块，用于基于所述第一基准面和第二基准面，划分若干种弯曲模式，并确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点及其弯曲方式；
网格顶点弯曲模块，用于在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点；
弯曲模型获得模块，用于连接所有弯曲后的网格顶点，获得弯曲后的体表模型。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种针对体表模型的弯曲方法，其特征在于，包括：
获取体表模型和对所述体表模型进行弯曲的弯曲参数；
在所述体表模型上确定第一基准面和第二基准面；
基于所述第一基准面和第二基准面，划分若干种弯曲模式，并确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点及其弯曲方式；
在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点；
连接所有弯曲后的网格顶点，获得弯曲后的体表模型。
2.根据权利要求1所述的针对体表模型的弯曲方法，其特征在于，所述弯曲参数包括弯曲方向和弯曲振幅。
3.根据权利要求1所述的针对体表模型的弯曲方法，其特征在于，在所述体表模型上确定第一基准面和第二基准面，包括：
根据所述体表模型对应的脊柱侧弯的类型，利用光线投射法构建两个贯穿所述体表模型的水平面，分别作为第一基准面和第二基准面；
将所述第一基准面与所述体表模型的任一交点的纵坐标，作为第一基准面高度值；
将所述第二基准面与所述体表模型的任一交点的纵坐标，作为第二基准面高度值；
所述第二基准面高度值小于第一基准面高度值。
4.根据权利要求1-3任一项所述的针对体表模型的弯曲方法，其特征在于，所述若干个弯曲模式包括顶部弯曲模式、底部弯曲模式和整体弯曲模式。
5.根据权利要求4所述的针对体表模型的弯曲方法，其特征在于，确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点，包括：
确定组成所述体表模型的所有网格顶点及其三维坐标，比较每个网格顶点的纵坐标与第二基准面高度值或第一基准面高度值的大小：
当在顶部弯曲模式下时，将纵坐标大于第二基准面高度值的网格顶点，作为待弯曲的网格顶点；
当在底部弯曲模式下时，将纵坐标小于第一基准面高度值的网格顶点，作为待弯曲的网格顶点；
当在整体弯曲模式下时，将所有网格顶点作为待弯曲的网格顶点。
6. 根据权利要求5所述的针对体表模型的弯曲方法，其特征在于， 确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点的弯曲方式，包括：
分别比较待弯曲的网格顶点的纵坐标与第一基准面高度值、第二基准面高度值的大小：
当在顶部弯曲模式下时，对纵坐标大于第二基准面高度值且小于等于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用过渡弯曲方式，对纵坐标大于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用直接弯曲方式；
当在底部弯曲模式下时，对纵坐标大于等于第二基准面高度值且小于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用过渡弯曲方式，对纵坐标小于第二基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用直接弯曲方式；
当在整体弯曲模式下时，对纵坐标大于等于第二基准面高度值且小于等于第一基准面高度值的待弯曲的网格顶点采用过渡弯曲方式，对其余的待弯曲的网格顶点采用直接弯曲方式。
7.根据权利要求6所述的针对体表模型的弯曲方法，其特征在于，在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点，包括：
在任意弯曲模式下，对于采用直接弯曲方式的待弯曲的网格顶点：
根据所述弯曲方向构建旋转轴：
式中，表示旋转轴，表示绕轴转动的角度，表示绕轴转动的角度，表示绕轴转动的角度，表示弯曲方向；
将所述弯曲振幅转化为弧度形式，获得弧度形式的弯曲振幅；
基于旋转轴和弧度形式的弯曲振幅，构建第一旋转矩阵：
式中，表示第一旋转矩阵，表示弧度形式的弯曲振幅；
将采用直接弯曲方式的待弯曲的网格顶点的三维坐标与第一旋转矩阵相乘，获得对应的弯曲后的网格顶点的三维坐标。
8.根据权利要求6所述的针对体表模型的弯曲方法，其特征在于，在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点，还包括：
在任意弯曲模式下，对于采用过渡弯曲方式的待弯曲的网格顶点：
计算第一基准面和第二基准面之间的距离，记为第一距离：
式中，表示第一距离，表示第一基准面高度值，表示第二基准面高度值；
基于每个待弯曲的网格顶点的纵坐标、第一基准面高度值和第二基准面高度值，计算每个待弯曲的网格顶点的第二距离；
基于所述第一距离和第二距离，计算弯曲比例系数：
式中，表示第个待弯曲的网格顶点的弯曲比例系数，表示第个待弯曲的网格顶点的第二距离；
根据所述弯曲方向构建旋转轴：
式中，表示旋转轴，表示绕轴转动的角度，表示绕轴转动的角度，表示绕轴转动的角度，表示弯曲方向；
将弯曲比例系数与所述弯曲振幅相乘，获得比例弯曲振幅；
将所述比例弯曲振幅转化为弧度形式，获得弧度形式的比例弯曲振幅；
基于旋转轴和弧度形式的比例弯曲振幅，构建第二旋转矩阵：
式中，表示第二旋转矩阵，表示弧度形式的比例弯曲振幅；
将采用过渡弯曲方式的待弯曲的网格顶点的三维坐标与第二旋转矩阵相乘，获得对应的弯曲后的网格顶点的三维坐标。
9.根据权利要求8所述的针对体表模型的弯曲方法，其特征在于，基于每个待弯曲的网格顶点的纵坐标、第一基准面高度值和第二基准面高度值，计算每个待弯曲的网格顶点的第二距离，包括：
当选择顶部弯曲模式时，分别计算每个待过渡弯曲的网格顶点的纵坐标与第二基准面高度值的差值，对应作为每个待弯曲的网格顶点的第二距离；
当选择底部弯曲模式时，分别计算每个待过渡弯曲的网格顶点的纵坐标与第一基准面高度值的差值，对应作为每个待弯曲的网格顶点的第二距离；
当选择整体弯曲模式时，计算第一基准面和第二基准面的高度值中值；分别计算每个待过渡弯曲的网格顶点的纵坐标与高度值中值的差值，对应作为每个待弯曲的网格顶点的第二距离。
10.一种针对体表模型的弯曲***，用于实现权利要求1-9任一项所述的弯曲方法，其特征在于，包括：
模型及参数获取模块，用于获取体表模型和对所述体表模型进行弯曲的弯曲参数；
基准面确定模块，用于在所述体表模型上确定第一基准面和第二基准面；
弯曲模式确定模块，用于基于所述第一基准面和第二基准面，划分若干种弯曲模式，并确定每种弯曲模式下体表模型中待弯曲的网格顶点及其弯曲方式；
网格顶点弯曲模块，用于在不同弯曲模式下，基于所述弯曲参数与弯曲方式，对待弯曲的网格顶点进行弯曲，获得弯曲后的网格顶点；
弯曲模型获得模块，用于连接所有弯曲后的网格顶点，获得弯曲后的体表模型。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH10187793A (ja) * | 1996-05-06 | 1998-07-21 | Amada Metrecs Co Ltd | 薄板金属製作設備全体にわたって設計製作情報を分配する装置と方法 |
| JP2012033039A (ja) * | 2010-07-30 | 2012-02-16 | Nippon Steel Corp | 材料の曲げ破断予測方法および装置、ならびにプログラムおよび記録媒体 |
| CN109191580A (zh) * | 2018-07-26 | 2019-01-11 | 大连交通大学 | 一种脊柱侧弯矫形器数字化设计方法 |
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2024
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