Nghiên ứu phương pháp quét 3d răng ứng dụng trong nha khoa

B GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NI - NGUYỄN VĂN HÒA NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP QUÉT 3D RĂNG ỨNG DỤNG TRONG NHA KHOA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY Hà Ni – 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205065541000000 B GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NI - NGUYỄN VĂN HÒA NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP QUÉT 3D RĂNG ỨNG DỤNG TRONG NHA KHOA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHẾ TẠO MÁY GIÁO VIÊN HƯNG DẪN: TS HOÀNG HỒNG HẢI Hà Ni - 2018 Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hồng Hồng Hải MC LC DANH SÁCH HÌNH NH M ĐU CHNG I: GII THIU TNG QUAN 10 1.1.Phng pháp truyền thng (Ly du răng): 10 1.2.Phng pháp k thut s (không tip xúc) 11 a) Phơng pháp kỹ thuật số thông thng 11 b) Phơng pháp kỹ thuật số siêu tốc (không tiếp xúc): 12 CHNG II: K THUT X LÝ NH TRONG NHA KHOA VÀ NGUYÊN LÝ HOT ĐNG CA MÁY QUÉT 3D 16 2.1.K thut x lý nh Nha khoa 16 2.1.1 Các vấn đề bn xử lý nh 16 2.1.2 Kĩ thuật mặt n bn 18 2.1.3 Các kỹ thuật lọc nhiễu 19 2.1.4 Các kĩ thuật dò cnh 22 2.1.5 Các kĩ thuật dị góc 29 2.2.Nguyên lý hot đng ca máy quét 3D 34 CHNG III: THUT TOÁN ICP VÀ GO-ICP 39 3.1.Tng quan thut toán ICP 39 a) Gii thuật ICP 39 b) Phơng pháp ghép thô SAC-IA 44 c) Quá trình liên kết cặp đám mây điểm thành vật thể hồn chỉnh 59 3.2.Thut tốn GO-ICP 65 CHNG IV: H THNG THÍ NGHIM 69 4.1.Quét mu hƠm di thch cao máy Quét 3D Laserdenta 69 a) Hiệu chỉnh máy Quét 3D 69 b) Tiến hành quét mẫu 75 HV: Nguyễn Văn Hòa Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hồng Hồng Hải c) Sử dụng thuật tốn GO - ICP (Global Optimization – Iterative Closest Point) 78 d) Sử dụng phần mềm Geomagic Control 79 4.2.S dng phn mềm 3D builder để chỉnh sa to khi 85 4.3.Thit k gi dựa file stl đƣ đc hoàn chỉnh 87 4.4.S dng phn mềm Sum3D để đa file G-code gia công máy CNC 91 KT LUN 93 TÀI LIU THAM KHO 94 HV: Nguyễn Văn Hòa Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hồng Hồng Hải LI NĨI ĐU Hiện nay, công nghệ quét 3D nhận đợc nhiều quan tâm ca nhà nghiên cu công ty ng dụng quy trình to mẫu ngợc vào sn xuất Các ng dụng ca công nghệ quét 3D đợc ng dụng nhiều lĩnh vực nh quét mẫu đúc, to hình khí, phục hình nha khoa, Trong nha khoa, công nghệ quét 3D đợc áp dụng rộng rưi với vai trị hỗ trợ gia cơng xác biên dng Tuy nhiên, với biên dng phc tp ca hàm ngi, việc đa mơ hình 3D hoàn thiện tr ngi lớn công nghệ quét 3D Để nâng cao độ xác ca mơ hình 3D, thuật tốn interative closest point đợc viết ngơn ngữ lập trình C++ đợc áp dụng giúp cho việc xây dựng biên dng ngi cách xác, hn chế việc mơ hình bị vỡ điểm nh Mặc dù đư hn chế đợc việc mơ hình bị vỡ điểm nh Tuy nhiên, kiến thc hn hẹp thi gian thực hn chế nên đề tài ca cha đợc tối u Tơi mong đóng góp sửa chữa để đề tài mang li kết qu tốt Tơi xin chân thành cm ơn thầy TS Hồng Hồng Hi đư hớng dẫn tơi hồn thành luận văn HV: Nguyễn Văn Hòa Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hồng Hồng Hải Li cam đoan Tơi tên là: Nguyễn Văn Hịa Lớp: 16BCTM.KT Khóa 2016B Chun ngành: Chế to máy Đề tài: Nghiên cu phơng pháp quét 3D ng dụng Nha khoa Tôi xin cam đoan kết qu nghiên cu luận văn ca riêng cha đợc công bố cơng trình nghiên cu Hà nội, ngày tháng năm Học viên HV: Nguyễn Văn Hòa Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hồng Hồng Hải DANH SÁCH HÌNH NH Hình 1.1: Tạo giả phơng pháp truyền thống 10 Hình 1.2: Tạo giả phơng pháp kỹ thuật số 12 Hình 1.3: Tạo giả phơng pháp kỹ thuật số siêu tốc 13 Hình 2.1: Phơng pháp dùng mặt nạ để tìm đờng biên theo chiều dọc 20 Hình 2.2: Nhiễu phụ thuộc vào liệu 21 Hình 2.3: Nhiễu Gaussian trớc sau xử lí 21 Hình 2.4: Nhiễu muối tiêu trớc sau xử lí 22 Hình 2.5: Kết trích xuất cạnh sử dụng phơng pháp dị cạnh Robert Cross 25 Hình 2.6: Kết trích xuất cạnh sử dụng phơng pháp dị cạnh Sobel 26 Hình 2.7: Kết trích xuất cạnh sử dụng phơng pháp dị cạnh Canny 28 Hình 3.1: Nguyên lý hoạt động máy quét 3D 34 Hình 3.2: Phơng pháp tam giác điểm 36 Hình 3.3: Hình ảnh trình quét 37 Hình 4.1: Kết ghép nối hai đám mây điểm dùng ICP 40 Hình 4.2: Kết ghép nối hai đám mây điểm dùng ICP góc lệch hai đám mây điểm gần 30° 41 Hình 4.3: Kết ghép nối ICP sai số nhiều đám mây điểm có góc lệch lớn 42 Hình 4.4: ớc lợng vector pháp tuyến bề mặt: pháp tuyến điểm đợc ớc lợng từ lân cận nằm mặt cầu có bán kính 0,03 m 45 Hình 4.5: Biểu diễn khung Darboux góc đặc tính PFH cho cặp điểm  t với vector pháp tuyến tơng ứng ns n t 48 Hình 4.6: Biểu đồ vùng tính tốn PFH Điểm truy vấn (đỏ) k-điểm lân cận (xanh) đợc nối với thành lới 49 Hình 4.7: Ví dụ biểu diễn PFH hai lớp điểm đám mây điểm 50 Hình 4.8: Biểu đồ vùng tính tốn đặc tính Fast Point Feature Histogram 51 HV: Nguyễn Văn Hòa Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hồng Hồng Hải Hình 4.9: Vector pháp tuyến bề mặt can nhựa 52 Hình 4.10: Biểu đồ FPFH đám mây điểm can nhựa 53 Hình 4.11: Hai đám mây điểm cha ghép nối đợc nhìn từ hai góc khác 57 Hình 4.12: Hai đám mây điểm ghép nối, bên trái sử dụng ICP, bên phải SAC-IA 57 Hình 4.13: Các đám mây điểm sau ghép nối thô sử dụng SAC-IA, ghép nối tinh chỉnh sử dụng ICP 57 Hình 4.14: Hình ảnh 2D vật thể sử dụng làm mẫu 58 Hình 4.15: Mời hai đám mây điểm thu đợc từ góc nhìn khác vật thể, đủ để tái tạo hồn tồn mơ hình vật thể 61 Hình 4.16: Sơ đồ ghép nối cặp đám mây điểm 62 Hình 4.17: Hai đám mây điểm nửa trái, phải vật thể, (mỗi đám mây đợc ghép từ sáu đám mây ban đầu phía) 62 Hình 4.18: Đám mây điểm hoàn chỉnh sau ghép nối, nhìn từ hai góc khác 63 Hình 5.1: Trình tự thực hành 67 Hình 5.2: Màn hình khởi động 68 Hình 5.3: Chỉnh tâm camera 68 Hình 5.4: Chỉnh gốc tọa độ 69 Hình 5.5: Bật đèn phát laser 69 Hình 5.6: Điều chỉnh đèn phát Laser 70 Hình 5.7: Cài đặt gốc tọa độ cho tất phận 70 Hình 5.8: Màn hình tạo liệu 71 Hình 5.9: Chọn vị trí tơng ứng 72 Hình 5.10: Quét mẫu 73 Hình 5.11: Mơ hình 3D hàm 73 Hình 5.12: Mơ hình 3D hàm 75 Hình 5.13: Thơng số ma tr ận ghép đám mây điểm 76 HV: Nguyễn Văn Hòa Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hồng Hồng Hải Hình 5.14: Q trình ghép thơ 76 Hình 5.15: Quá trình ghép tinh 77 Hình 5.16: Mơ hình 3D hồn thiện 77 Hình 5.17: Mơ hình 3D hàm đợc quét máy imetric L1m mơ hình 3D hàm đợc tối u hóa thuật tốn GO-ICP 78 Hình 5.18: So sánh sai lệch mơ hình 79 Hình 5.19: Bảng so sánh sai lệch 79 Hình 5.20: Màn hình khởi động phần mềm 3D builder 80 Hình 5.21: Mơ hình 3D hàm đợc tạo khối 81 Hình 5.22: Cắt bỏ phần khơng cần thiết mơ hình 3D 81 Hình 5.23: Chọn đờng hồn tất thơ 82 Hình 5.24: Chọn đờng hồn tất tinh 82 Hình 5.25: Chọn mẫu th viện 83 Hình 5.26: Chọn thơng số độ dày 83 Hình 5.27: Chỉnh sửa biên dạng 84 Hình 5.28: Mơ hình hồn chỉnh 84 Hình 5.29: Màn hình khởi động phần mềm Sum3D 85 Hình 5.30: Chọn phơi vật liệu 85 Hình 5.31: Chỉnh vị trí gia cơng chân 86 HV: Nguyễn Văn Hòa Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Hoàng Hồng Hải M ĐU Tính cp thit ca đề tài Cơng nghệ quét 3D trình xác định hình dng bề mặt ca vật thể không gian ba chiều để to mơ hình kỹ thuật số 3D Qt 3D đư m bớc ngoặt công nghệ 3D, mơ hình vật chất tồn ti giới mơ hình hóa liệu kỹ thuật số vòng vài gi đồng hồ Công nghệ đợc ng dụng nhiều lĩnh vực từ sn xuất, kho cổ học, y tế đến giao thông, xây dựng… Trong y học, công nghệ quét 3D đợc phát triển nhanh Từ nhu cầu ca việc cần thiết to xác số lợng lớn mơ hình 3D hàm ca ngành Nha khoa phục hồi chỉnh hình Hiện nay, có nhiều thiết bị quét 3D cho ngành Nha khoa phục hồi đợc phát triển toàn giới Tuy nhiên, thiết bị gặp phi vấn đề mơ hình qt đa số bị phân mnh, khơng thể qt đợc tồn đám mây điểm ca vật thể, điều gây nh hng đến việc gia cơng xác biên dng Xuất phát từ tầm quan trọng ca việc nâng cao độ xác ca mơ hình 3D Do vậy, tơi chọn đề tài “Nghiên cứu phng pháp quét 3D ứng dng Nha khoa” Đối tợng đợc sử dụng để nghiên cu mơ hình mẫu thch cao ca ngi Mc tiêu nghiên cứu Mục tiêu đề tài nghiên cu ng dụng ca công nghệ quét 3D Nha khoa xây dựng thuật toán ghép đám mây điểm ca vào mơ hình 3D tổng thể ca hàm ngi để khắc phục việc mô hình 3D hàm bị vỡ điểm nh qua hỗ trợ việc gia công sử dụng máy quét 3D Laserdenta Đi tng phm vi nghiên cứu - Nghiên cu lý thuyết quét 3D - Nghiên cu cấu to, nguyên lý hot động ca máy quét 3D Laserdenta HV: Nguyễn Văn Hòa