ПРОЕКТЫ

• Разработка виртуального фантомного курса для студентов стоматологических факультетов
• Разработка виртуальных моделей челюстно-лицевой области для задач исследования развития патологии и выбора методик лечения стоматологических пациентов
• Разработка программно-аппаратной системы функционального анализа окклюзии и артикуляции
• Разработка виртуальной информационно-моделирующей среды для задач исследования теории мышечного сокращения
• Разработка метода для вычисления позиционирования элементов динамической 3D модели относительно друг друга в трехмерном пространстве, созданных в CAD/CAA/CAM системах

---

Разработка виртуального фантомного курса для студентов стоматологических факультетов

Начат 2006г.
Совместно с ИФТИ.
Научный руководитель – дмн Бобров А.П.


Проект направлен на создание учебно-тренировочного комплекса для студентов стоматологических факультетов, в основе которого лежат технологии виртуального окружения (система виртуального окружения АВАНГО – разработка Института физико-технической информатики).
"Виртуальный тренажер" позволит в процессе обучения интегрировать фундаментальные знания с новейшими прикладными методиками и применить в практике обучения инновационные технологии. Сейчас будущие специалисты стоматологи отрабатывают мануальные навыки на пластиковых муляжах лиц с искусственными или бывшими в употреблении зубами. Однако, чем точнее, реалистичнее образы, тем адекватнее восприятие объектов.
Виртуальный фантомный курс позволит зрительно обрабатывать и использовать 3D информацию, содержащую фотореалистические образы, имитирующие в режиме реального присутствия в трехмерном пространстве объекты полости рта, а так же стоматологический инструментарий, оборудование, имитировать выполнение мануальных операций.
Разрабатываемый комплекс позволит приобретать профессиональные знания на качественно ином уровне, с большей эффективностью и безопасностью.
В результате работ 2006-2009гг. разработан прототип базовой трехмерной модели для фантомного курса.

---

Разработка виртуальных моделей челюстно-лицевой области для задач исследования развития патологии и выбора методик лечения стоматологических пациентов

Начат 2007г.
Окончен 2009г.
Индексы УДК: 004.35
Руководитель – дмн Лукьянов А. Э.
Государственный регистрационный номер 01200957383
Государственный инвентарный номер отчета о НИОКР 02201051139
Поддержан РФФИ, 07-07-00373а.

Проект направлен на решение проблемы разработки компьютерного метода для анализа биомеханики челюстно-лицевой системы человека.
В широком смысле компьютерная модель включает в себя все узлы, конечные элементы, свойства материала, реальные константы, граничные условия в зависимости от преобразования пространственной конфигурации объекта (системы), которые используются для отображения (имитации) физической системы. Построение виртуальной модели в данном контексте подразумевает визуализацию математической модели реального вещественного объекта (системы) в форме интерактивной компьютерной трехмерной графики.
В ходе выполнения проекта основное внимание уделялось вопросам разработки динамической имитации зубочелюстной системы на основе методов математического моделирования и алгоритмов реконструкции сложных высоко-детализированных трехмерных сцен.
Результаты работ легли в основу разработки прикладного технологического комплекса функционального анализа окклюзии и артикуляции.

---

Разработка программно-аппаратной системы функционального анализа окклюзии и артикуляции

Начат 2008г.
Индексы УДК: 615.47: 616-072.7
Руководитель – Смирнов А.Г.
Государственный регистрационный номер 01200955464

Создание систем виртуальной имитации биомеханики анатомических органов является многообещающим направлением в развитии диагностических и прогностических медицинских комплексов. Применимость таких систем зависит от способности обеспечивать быструю, точную и относительно дешевую с точки зрения вычислительных затрат генерацию компьютерной модели физического объекта (системы) и её визуализацию в форме интерактивной трехмерной графики. Для решения подобных задач уместно использовать методы реконструкции сложных высоко-детализированных трехмерных сцен за счет обработки потоков данных, получаемых от сенсоров. Такие методы имеют общее название Image Based Rendering (IBR).
Цель разработки виртуальной имитации зубочелюстной системы – создание технологического комплекса, позволяющего повысить точность функционального анализа окклюзии и артикуляции.
Основной задачей разрабатываемого комплекса является задача построения виртуальной имитации зубочелюстной системы пациента для проведения расчетных экспериментов на компьютере, цель которых – анализ жевательной функции, исследование отклика моделируемой системы на изменение ее параметров и начальных условий, сопоставление результатов моделирования с реальным поведением объекта-оригинала.
В ходе работ по проекту в 2008-2009гг. была разработана и запатентована
«Программно-аппаратная система функционального анализа окклюзии и артикуляции»
Опубликовано 27.01.2009 Бюл. №3.
В рамках проекта выполняются работы по теме: «Разработка программного обеспечения программно-аппаратного комплекса для функционального анализа окклюзии и артикуляции», ГК №6753р/9559 от 10.04.2009, заказчик – Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
30.11.2009 зарегистрировано «Программное обеспечение программно-аппаратного комплекса для функционального анализа окклюзии и артикуляции “Occlusion Navigator” (“Occlusion Navigator”). Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2009616626.
Среда “Occlusion Navigator” отличается тем, что рассчитывает не только артикуляционный цикл нижней челюсти, но и микроэкскурсии зубов относительно челюстей в любой момент окклюзии. Попутно потребителю предлагается дополнительная информация о величине нагрузки на каждый зуб в любой момент окклюзии, а также о направлении смещения зуба в горизонтальной и вертикальной плоскостях под нагрузкой.
Моделирование реакций зубов на прилагаемые окклюзионные силы стало возможным после решения задач, связанных с разработкой алгоритма сегментации цифрового массива трехмерной сетки виртуальной модели челюсти на определенные потоки цифровых данных, соответствующие отдельным зубам.

---

Разработка виртуальной информационно-моделирующей среды для задач исследования теории мышечного сокращения

Начат 2008г.
Руководитель – кмн Бельтюков П.П.

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы по разработке методов исследования в информационно-моделирующей среде теории мышечного сокращения.
В ходе выполнения проекта решаются задачи, связанные с разработкой виртуальной имитации процесса сокращения элементарной единицы поперечно-полосатой мышечной ткани – саркомера – для проведения расчетных экспериментов на компьютере.
При разработке компьютерной имитационной среды открывается возможность включения в математическую модель молекулярных механизмов сокращения саркомера современных представлений о механических свойствах в зависимости от коллоидного состояния белковых структур мышечной ткани, ионного и водного окружения белковых структур.
Построение компьютерной имитации, позволяющей моделировать упругие деформации мышечной ткани на основе теории сопротивления материалов, биохимических и биомеханических констант, способствует оптимизации работ по созданию искусственного мышечного волокна, например на основе полимерных материалов или наноматериалов. Разработка искусственных мускулов представляется перспективным подходом для решения задач восстановления функций опорно-двигательного аппарата и мимической мускулатуры.

---

Разработка метода для вычисления позиционирования элементов динамической 3D модели относительно друг друга в трехмерном пространстве, созданных в CAD/CAA/CAM системах

Начат 2014г.
Индекс УДК: 514.83
Руководитель – дфмн, профессор Клименко С.В.
Ведущий специалист – Смирнов А.Г.

Частный случай – определение в виртуальном пространстве положений трехмерной модели нижней челюсти относительно верхней, полученных в CAD/CAA/CAM системе, в процессе жевания вывел на более широкую проблему, часто встречающуюся в технике при расчетах динамических моделей. Идея подхода заключается в том, что, имея данные о геометрии взаимодействующих в динамическом процессе поверхностей и граничные координаты такого процесса, можно с позиции геометрического анализа виртуальной модели достаточно точно рассчитать и визуализировать динамику процесса.

---