三維比對系統在牙體雕刻技術課程中的應用研究
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[摘要] 目的 通過研究三維比對系統在牙體雕刻課程中的應用，探尋本課程中實訓作品的評分新途徑，并利用更加形象生動的三維圖片為牙體形態的講解提供幫助。方法 隨機選取100個學生作品，通過比較研究，分別使用三維比對系統和傳統評價手段對學生雕刻作品進行評分，比較兩種評分方法的區別和優缺點。結果 通過對100個學生雕刻作品的掃描，比對，電腦評分，并與專家人為打分比較，分析，得出結果為電腦評分和專家評分的高、中、低分值大致相似，并占有一定優勢。結論 通過先進的三維比對系統，采用激光掃描，電腦自動評分方式，可以排除以往評分過程中人為因素造成的影響，使評分更加公正、快速。大大降低教師的工作強度，節省工作時間。另外，利用三維比對系統，可以多方位讀取學生作品與樣本模型的對比截面圖，直接儲存數據和相關成績，隨時調用。實現學生作品的數字化儲存方式，改變以往石膏牙儲存繁瑣及容易破壞等缺點。
[關鍵詞] 三維比對系統;牙體雕刻技術;教學方法
[中圖分類號] R7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1672-5654（2019）04（a）-0144-02
牙體雕刻技術課程是口腔工藝技術專業的一門核心基礎課程，課程教學中強調實踐操作，其中一項主要的操作項目就是石膏牙體的雕刻。雖然學生可以借助游標卡尺測量來比對與參考模型的差別，但是，由于技術操作原因，存在個體差異。某些空間想象力較差的學生，經常出現雕刻不足或雕刻過多的現象，教師進行指導和修改時往往會花費大量時間在解釋牙體形態特點上，但是效果并不很好，有些學生還是不能很好理解，如果重新操作示教又會占用正常的課堂教學時間。所以，如何高效有序地完成石膏牙體的評分，一直是困擾專業教師的一大難題。
1 研究背景
三維比對系統運用先進的計算機軟件技術，結合權威的牙科解剖知識，采用激光掃描，電腦自動評分方式，可對學生雕刻的石膏牙作品進行公正、細致、快速地評判。只要預先確定評分要求，可排除評分過程中夾雜的人為因數，追求公平公正的評分結果。
該項目研究三維比對系統在牙體雕刻課程中的應用，包括實踐作品的掃描、與參考模型的輪廓比對、電腦自動評分等方面。通過先進的三維比對系統，采用激光掃描，電腦自動評分方式，可以排除以往評分過程中人為因素造成的影響，使評分更加公正、快速。因此，本項目的研究可以為牙體雕刻技術課程中實訓作品的評分創造新的途徑，通過更加形象生動的三維圖片為牙體形態的講解提供幫助，為牙體雕刻技術課程提供新的教學方法。
2 研究目標
該項目主要研究三維比對系統在牙體雕刻課程中的應用，包括模型的掃描方法和三維圖形的比對方法等。通過比較研究，分別使用三維比對系統和傳統評價手段對學生雕刻作品進行評分，比較兩種評分方法的區別和優缺點，研究三維比對系統在牙體雕刻技術課程中開展的意義和作用，開發牙體雕刻技術課程教學的新方法，為口腔工藝技術專業數字化教學提供參考依據。主要研究內容包括：①標準模型和實踐作品的掃描方法，標準數據的采集與設置;②雕刻模型與參考模型的比對方法，三維圖形的采集和比較;③電腦自動評分系統的應用。
3 研究方法
通過比較研究，分別使用三維比對系統和傳統評價手段對學生雕刻作品進行評分，比較兩種評分方法的區別和優缺點，研究三維比對系統在牙體雕刻技術課程中開展的意義和作用。具體步驟如下。
3.1 前期模型準備和數據采集
根據研究項目要求，確定標準牙位模型，選擇上頜中切牙和下頜第一磨牙為參考牙模，通過掃描，采集參考數據，設置參數。隨機收集學生雕刻作品100個，包括前牙和后牙各50個。通過逐個掃描，采集相應數據。
3.2 雕刻模型比對及評分
將學生作品的掃描數據與參考模型的數據進行三維比對，包括三維牙體圖形的比較，電腦自動評分。同時邀請行業專家對雕刻作品進行打分，與電腦評分進行比較。
3.3 統計方法
比較兩種評分方法所用的時間和評價效果，統計分析三維比對與人工打分的區別，研究三維比對系統在牙體雕刻技術課程中開展的意義。并組織學生座談，進一步反映學生對于三維比對系統教學的認同度。
3.4 論文撰寫，結題
根據研究結果，撰寫論文。收集資料，書寫結題報告，完成項目。
4 結果
通過對100個學生雕刻作品的掃描、比對、電腦評分，并與專家人為打分比較、分析，得到結果如下：①電腦評分和專家評分的高、中、低分值大致相似，學生作品的三維比對圖形與標準模型越吻合，所得的分數越高。②對于單個作品的評分時間，電腦打分所用時間相對來說較長，因為要包括掃描時間。但是如果是大量作品的評分，電腦打分相比較人為打分所用時間更快。③電腦打分更加直觀，不存在人為差異造成的誤差。而且所得到的圖形比較，便于對學生的指導。
4.1 三維比對系統在牙體雕刻課程中的應用存在一定的優勢
4.1.1 通過三維比對系統掃描的牙體模型，能更加直觀地反映區別 利用三維比對系統，可以先對參考的牙體模型進行掃描，將牙體外形數據記錄在計算機中或設置成參數，再對學生的作品進行逐個掃描，記錄相應的數據，分別從軸面投影的輪廓對比、最大相似度的重合等方面將它們與標準模型進行比對，尋找其中的差別。并且可以形成前后作品的三維比對圖形，用不同的顏色進行呈現，標注誤差數值，使學生能非常清楚地從360度觀察雕刻牙體與參考牙模之間細微的差別。有利于學生對牙體形態的理解和對牙體雕刻方法的掌握。
4.1.2 應用三維比對系統對學生作品進行評分，可以節省時間、降低工作量，并減少誤差 由于每位教師的評分標準存在一定差異，故對同一位學生的作品，兩名教師可能給出不同的分數，有時會出現很大的差別。但是三維比對系統可以克服人為因素，完全依據采集的數據，按照預設的要求為學生的作品進行公平公正的評分，更加客觀、可靠。并且可以大幅度降低教師的工作強度，節省工作時間。 4.1.3 數字化技術在口腔修復中的應用是未來的發展趨勢，故教學也要根據行業實際需求進行調整 隨著數字化技術在口腔修復中的應用，義齒的修復方式從傳統的操作模式，逐漸被數字化技術所替代?？谇患脊だ糜嬎銠C輔助設計軟件，在電腦上完成對義齒的設計和制作，必將成為今后口腔工藝技術發展的趨勢，利用三維比對系統進行牙體雕刻技術的教學是非常有意義的嘗試。
4.2 三維比對系統在牙體雕刻課程中的應用也存在一定的問題
4.2.1 模型掃描操作的精確性與恒定性 由于人為因素會造成掃描操作的精確性，故實驗開展時需要操作人員能熟練掌握三維比對系統的掃描設備的使用，并能保證掃描數據前后一致。
4.2.2 雕刻模型與參考模型多方位截面的重疊角度一致性 如果截面的重疊角度不同，得出的數據也會有差異。為了能更精確比對雕刻模型與參考模型的差異，必須保證它們兩者的截面的重疊角度一致。
4.2.3 設定評分參數的誤差范圍 如何判定雕刻模型的準確性，需要設置一定的參數，允許雕刻模型與標準模型存在一定的誤差范圍，當然這個范圍值需要通過不斷實驗與討論后得出。
5 結語
三維比對系統在牙體雕刻技術課程中的應用研究可以為本課程中實訓作品的評分創造新的途徑，為牙體雕刻技術課程提供新的教學方法，通過更加形象生動的三維圖片為牙體形態的講解提供幫助。
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