三维比对系统在牙体雕刻技术课程中的应用研究
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[摘要] 目的 通过研究三维比对系统在牙体雕刻课程中的应用，探寻本课程中实训作品的评分新途径，并利用更加形象生动的三维图片为牙体形态的讲解提供帮助。方法 随机选取100个学生作品，通过比较研究，分别使用三维比对系统和传统评价手段对学生雕刻作品进行评分，比较两种评分方法的区别和优缺点。结果 通过对100个学生雕刻作品的扫描，比对，电脑评分，并与专家人为打分比较，分析，得出结果为电脑评分和专家评分的高、中、低分值大致相似，并占有一定优势。结论 通过先进的三维比对系统，采用激光扫描，电脑自动评分方式，可以排除以往评分过程中人为因素造成的影响，使评分更加公正、快速。大大降低教师的工作强度，节省工作时间。另外，利用三维比对系统，可以多方位读取学生作品与样本模型的对比截面图，直接储存数据和相关成绩，随时调用。实现学生作品的数字化储存方式，改变以往石膏牙储存繁琐及容易破坏等缺点。
[关键词] 三维比对系统;牙体雕刻技术;教学方法
[中图分类号] R7 [文献标识码] A [文章编号] 1672-5654（2019）04（a）-0144-02
牙体雕刻技术课程是口腔工艺技术专业的一门核心基础课程，课程教学中强调实践操作，其中一项主要的操作项目就是石膏牙体的雕刻。虽然学生可以借助游标卡尺测量来比对与参考模型的差别，但是，由于技术操作原因，存在个体差异。某些空间想象力较差的学生，经常出现雕刻不足或雕刻过多的现象，教师进行指导和修改时往往会花费大量时间在解释牙体形态特点上，但是效果并不很好，有些学生还是不能很好理解，如果重新操作示教又会占用正常的课堂教学时间。所以，如何高效有序地完成石膏牙体的评分，一直是困扰专业教师的一大难题。
1 研究背景
三维比对系统运用先进的计算机软件技术，结合权威的牙科解剖知识，采用激光扫描，电脑自动评分方式，可对学生雕刻的石膏牙作品进行公正、细致、快速地评判。只要预先确定评分要求，可排除评分过程中夹杂的人为因数，追求公平公正的评分结果。
该项目研究三维比对系统在牙体雕刻课程中的应用，包括实践作品的扫描、与参考模型的轮廓比对、电脑自动评分等方面。通过先进的三维比对系统，采用激光扫描，电脑自动评分方式，可以排除以往评分过程中人为因素造成的影响，使评分更加公正、快速。因此，本项目的研究可以为牙体雕刻技术课程中实训作品的评分创造新的途径，通过更加形象生动的三维图片为牙体形态的讲解提供帮助，为牙体雕刻技术课程提供新的教学方法。
2 研究目标
该项目主要研究三维比对系统在牙体雕刻课程中的应用，包括模型的扫描方法和三维图形的比对方法等。通过比较研究，分别使用三维比对系统和传统评价手段对学生雕刻作品进行评分，比较两种评分方法的区别和优缺点，研究三维比对系统在牙体雕刻技术课程中开展的意义和作用，开发牙体雕刻技术课程教学的新方法，为口腔工艺技术专业数字化教学提供参考依据。主要研究内容包括：①标准模型和实践作品的扫描方法，标准数据的采集与设置;②雕刻模型与参考模型的比对方法，三维图形的采集和比较;③电脑自动评分系统的应用。
3 研究方法
通过比较研究，分别使用三维比对系统和传统评价手段对学生雕刻作品进行评分，比较两种评分方法的区别和优缺点，研究三维比对系统在牙体雕刻技术课程中开展的意义和作用。具体步骤如下。
3.1 前期模型准备和数据采集
根据研究项目要求，确定标准牙位模型，选择上颌中切牙和下颌第一磨牙为参考牙模，通过扫描，采集参考数据，设置参数。随机收集学生雕刻作品100个，包括前牙和后牙各50个。通过逐个扫描，采集相应数据。
3.2 雕刻模型比对及评分
将学生作品的扫描数据与参考模型的数据进行三维比对，包括三维牙体图形的比较，电脑自动评分。同时邀请行业专家对雕刻作品进行打分，与电脑评分进行比较。
3.3 统计方法
比较两种评分方法所用的时间和评价效果，统计分析三维比对与人工打分的区别，研究三维比对系统在牙体雕刻技术课程中开展的意义。并组织学生座谈，进一步反映学生对于三维比对系统教学的认同度。
3.4 论文撰写，结题
根据研究结果，撰写论文。收集资料，书写结题报告，完成项目。
4 结果
通过对100个学生雕刻作品的扫描、比对、电脑评分，并与专家人为打分比较、分析，得到结果如下：①电脑评分和专家评分的高、中、低分值大致相似，学生作品的三维比对图形与标准模型越吻合，所得的分数越高。②对于单个作品的评分时间，电脑打分所用时间相对来说较长，因为要包括扫描时间。但是如果是大量作品的评分，电脑打分相比较人为打分所用时间更快。③电脑打分更加直观，不存在人为差异造成的误差。而且所得到的图形比较，便于对学生的指导。
4.1 三维比对系统在牙体雕刻课程中的应用存在一定的优势
4.1.1 通过三维比对系统扫描的牙体模型，能更加直观地反映区别 利用三维比对系统，可以先对参考的牙体模型进行扫描，将牙体外形数据记录在计算机中或设置成参数，再对学生的作品进行逐个扫描，记录相应的数据，分别从轴面投影的轮廓对比、最大相似度的重合等方面将它们与标准模型进行比对，寻找其中的差别。并且可以形成前后作品的三维比对图形，用不同的颜色进行呈现，标注误差数值，使学生能非常清楚地从360度观察雕刻牙体与参考牙模之间细微的差别。有利于学生对牙体形态的理解和对牙体雕刻方法的掌握。
4.1.2 应用三维比对系统对学生作品进行评分，可以节省时间、降低工作量，并减少误差 由于每位教师的评分标准存在一定差异，故对同一位学生的作品，两名教师可能给出不同的分数，有时会出现很大的差别。但是三维比对系统可以克服人为因素，完全依据采集的数据，按照预设的要求为学生的作品进行公平公正的评分，更加客觀、可靠。并且可以大幅度降低教师的工作强度，节省工作时间。 4.1.3 數字化技术在口腔修复中的应用是未来的发展趋势，故教学也要根据行业实际需求进行调整 随着数字化技术在口腔修复中的应用，义齿的修复方式从传统的操作模式，逐渐被数字化技术所替代。口腔技工利用计算机辅助设计软件，在电脑上完成对义齿的设计和制作，必将成为今后口腔工艺技术发展的趋势，利用三维比对系统进行牙体雕刻技术的教学是非常有意义的尝试。
4.2 三维比对系统在牙体雕刻课程中的应用也存在一定的问题
4.2.1 模型扫描操作的精确性与恒定性 由于人为因素会造成扫描操作的精确性，故实验开展时需要操作人员能熟练掌握三维比对系统的扫描设备的使用，并能保证扫描数据前后一致。
4.2.2 雕刻模型与参考模型多方位截面的重叠角度一致性 如果截面的重叠角度不同，得出的数据也会有差异。为了能更精确比对雕刻模型与参考模型的差异，必须保证它们两者的截面的重叠角度一致。
4.2.3 设定评分参数的误差范围 如何判定雕刻模型的准确性，需要设置一定的参数，允许雕刻模型与标准模型存在一定的误差范围，当然这个范围值需要通过不断实验与讨论后得出。
5 结语
三维比对系统在牙体雕刻技术课程中的应用研究可以为本课程中实训作品的评分创造新的途径，为牙体雕刻技术课程提供新的教学方法，通过更加形象生动的三维图片为牙体形态的讲解提供帮助。
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（收稿日期：2019-01-08）
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