Локальная реконструкция геометрии сканов
Как мы будем дорисовывать то, чего в скане нет — и что для этого нужно собрать. Три яруса, шесть инструментов, двадцать реальных сканов.
Вердикт по ярусам
| Ярус | Вердикт | Почему |
|---|---|---|
| 1 микро-дыра на зубе | СТОИТ. Классика, без ML |
Заплатка физически не может испортить скан — она только добавляет вершины. Замерено: сдвиг исходной геометрии ровно 0.000 мм. 0.2 секунды на скан. |
| 2 десна у линии среза | НЕ РЕШАЕТСЯ заделкой дыр |
У A-01 замкнутых дыр ноль. Недостающая десна лежит ЗА открытой кромкой — контура для интерполяции нет. «Умный» дефолт тут начинает выдумывать челюсть. |
| 3 крупная утрата | НЕ СТРОИТЬ. Кейса не существует |
A-09 — не «пол-челюсти». У него все 14 зубов и самая большая площадь из 20 сканов. Он рваный, а не обрезанный. Утраты такого класса в наших данных нет ни одной. |
0 · Перепись неполноты по всем 20 боевым сканам
| признак | медиана | худший | кто |
|---|---|---|---|
| замкнутых дыр | 1 | 17 | A-09 нижняя |
| площадь дыр | 0.30 мм² | 85.6 мм² | A-09 нижняя |
| длина открытой кромки | 2724 верш. | 4296 | A-09 верхняя |
| баланс зубной поверхности Л/П | ~90 % | 30.1 % | A-09 верхняя |
| зубов на месте | 14 | 14 | у ВСЕХ 20 сканов |
Ни у одного скана нет отсутствующего зуба. Ни у одного нет утраченной половины челюсти. Ярус 3 в том виде, как он поставлен, не имеет ни одного представителя в наших данных.
1 · Ярус 1 — дыра на зубе
A-05 верхняя: 4 дыры, все касаются зуба (0.50 / 1.58 / 2.24 / 6.21 мм²). Сегодня прод их не трогает. Новая политика требует дорисовывать — с пометкой.
Заплаточные методы не могут сдвинуть скан — по построению. Они лишь добавляют вершины к существующим. Замерено на всех: сдвиг исходных вершин 0.000 мм, сдвиг зубной поверхности 0.000 мм. Это не «мы аккуратно настроили» — это структурная гарантия.
Противоположность — пересборочные методы (Poisson): они перестраивают всю поверхность, сдвигают скан на 0.220 мм и уничтожают вершины вместе с цветом и метками зубов. Для модели, по которой меряют и ставят находки, это дисквалификация.
Таблица кандидатов · A-05 верхняя · CPU, 4 ядра
| инструмент | лицензия | оффлайн | CPU | время | сдвиг скана | вершины / метки | выдумано за кромкой | качество заплаты |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| прод (гейт зуба вкл) | своё | ✅ | ✅ | 2.7 с | 0.000 мм | сохранены | 0 | дыры оставлены открытыми |
| прод (гейт снят) | своё | ✅ | ✅ | 2.9 с | 0.000 мм | сохранены | только дыра | 56 складок |
| libigl harmonic / biharmonic | MPL-2 | ✅ | ✅ | 3.0–3.3 с | 0.000 мм | сохранены | только дыра | складок больше |
| MeshFix, кромка защищена | GPL-3 | ✅ | ✅ | 0.2 с | 0.000 мм | все 134 360 — 1:1 | 5.3 мм² | 8 складок |
| MeshFix, дефолт (nbe=0) | GPL-3 | ✅ | ✅ | 11 с | 0.000 мм | 1:1 | 2340 мм², вылет 9 мм | 1233 складки |
| Poisson (Open3D) | MIT | ✅ | ✅ | 102 с | 0.220 мм | УНИЧТОЖЕНЫ | 131 мм² | гладко |
Что из этого следует
- Лучший результат даёт MeshFix — но он GPL-3 и в проприетарный продукт не встраивается. Его качество идёт не от магии, а от триангуляции Лиепы (min-weight + refine) — это опубликованный алгоритм. Реализовать его самим (~150–200 строк, лицензия чистая): это снимает 56 складок нашей концентрической заплатки до 8.
- Разглаживание складок не лечит — проверено: 56 → 71, стало хуже. Корень в топологии заплаты, а не в гладкости. Менять надо триангуляцию, а не докручивать сглаживание.
- libigl сам по себе не спасает: на узких заплатах гармоническая мембрана гонит кольца друг сквозь друга. libigl — хороший финишер поверх хорошей триангуляции, не замена ей.
2 · Ярус 2 — десна у линии среза
Замер, который закрывает вопрос: у A-01 верхней — 0 замкнутых дыр при открытой кромке в 2669 вершин. Недостающая десна не является дырой: она лежит за кромкой, там, где сканер не достал. У заделки дыр там нет контура для интерполяции. Ни MeshFix, ни Poisson, ни libigl эту задачу не решают — они её физически не видят.
| метод | что произошло на A-01 верхней |
|---|---|
MeshFix, дефолт nbe=0 | затянул внешнюю кромку: 2913 мм² выдуманной поверхности, вылет до 14 мм. Нарисовал фальшивое нёбо. |
| Poisson | 131.5 мм² (2.69 % площади) за пределами скана, вылет 1.24 мм — «пузыри» экстраполяции. |
| MeshFix с защитой кромки | 0 новых вершин, 0 выдумано. Честно ничего не сделал — потому что делать нечего. |
nbe=0 («затянуть все границы») — дефолт,
который стоит первым в любом туториале. На челюсти он означает «нарисуй несуществующую анатомию».
Одна строка — защита самой длинной граничной петли — отделяет честный инструмент от генератора
фальшивых челюстей.
Так достраивать десну или нет?
Честный ответ: достроить десну «правдоподобно» = выдумать её. Данных за кромкой нет и взяться им неоткуда. Три варианта, по убыванию честности:
- Не достраивать. Закрывать основанием — то, что прод уже делает: гладкое каменное основание, которое не притворяется десной. Это и есть индустриальный стандарт (exocad Model Creator, 3Shape — все делают параметрическую базу, не анатомию). дефолт
- Достраивать помеченным слоем — короткая экстраполяция кромки с пометкой «доработано» и кнопкой возврата. Риск: врач может принять это за реальную ткань.
- Learned-достройка десны — не существует. Вся дентал-линия ML достраивает ЗУБЫ; десну индустрия делает параметрикой. Единственная работа (Tian, 2022) — без кода, без весов, без данных.
3 · Ярус 3 / A-09 — кейс оказался не тем, чем считался
Бриф исходит из того, что у A-09 утрачена половина челюсти. Замер этого не подтверждает.
| A-09 верхняя | A-01 верхняя (норма) | |
|---|---|---|
| зубов на месте | 14 | 14 |
| площадь поверхности | 5277 мм² — максимум из 20 | 4637 мм² |
| зубных вершин (сырые метки) | 88 270 | 60 891 |
| замкнутых дыр | 7 (+17 на нижней) | 0 |
| открытая кромка | 4296 (в 1.6× длиннее) | 2669 |
У A-09 больше геометрии и больше размеченных зубных вершин, чем у здорового скана. Ничего не утрачено. Он рваный и дырявый, а не обрезанный.
Перекос зубной поверхности 3.3× возникает после нашего собственного
пайплайна — его создаёт наш trim / apron_trim /
demote_flap_teeth. В сырых метках перекос всего 1.66×, и почти не размечен только
зуб 23 (493 вершины). Это наш дефект, а не дефект сканера — и он важнее любой дорисовки.
Что делать с Ярусом 3
Не строить реконструкцию. Строить детектор неполноты, который вешает плашку «скан неполный — рекомендуется пересканирование». Порог берётся из переписи и лежит в пустом промежутке:
- дыр > 10 или площадь дыр > 50 мм² (A-09 нижняя: 17 и 85.6; следующий худший — 12 и 18.9)
- кромка > 1.4 × медианы (A-09: 4296 и 4092 при медиане 2724)
- баланс зубной поверхности < 60 % (A-09 верх: 30.1 %; все остальные ≥ 82.6 % — промежуток пуст)
Порог откалиброван на одном выбросе и одном сканере. Это заготовка, а не закон.
Если кейс крупной утраты всё же появится
| путь | оффлайн / CPU | риск канона | вердикт |
|---|---|---|---|
| Второй / старый скан того же пациента регистрация Open3D по палатальным складкам |
✅ / ✅ | управляемый: скан мог устареть | Единственный честный путь. Это не генерация, а реальные данные пациента. Гейты: невязка в перекрытии, совпадение номеров зубов, подтверждение врача. Слой помечается «данные из скана от <дата>», не «реконструкция». |
| Зеркальная реконструкция | ✅ / ✅ | высокий: переносит зубы сохранной стороны | Только как беззубая подложка по решению врача. При односторонней агенезии (4–5 % населения) или после экстракции зеркало сфабрикует зуб, которого нет. |
| Генеративные меши (MeshDiffusion / PVD / LION) | ❌ GPU обязателен | критический: мультимодальность | Отклонить. «Несколько правдоподобных вариантов» — буквально машина выдумывания зубов. Валидировано лишь на утратах 5–20 %, не на половине дуги. |
| SSM (статистическая модель формы) | ✅ / ✅ | средний, измеримый | Тёмная лошадка, и она реальна: детерминированный результат + мера неуверенности. Но готовой открытой SSM верхней челюсти по IOS не существует. R&D-трек, не фича. Умеет работать детектором «зуб есть / зуба нет». |
4 · Данные — главный гейт, и он закрыт
Лицензия скачана и прочитана прямо с OSF (
license.txt, osf.io/xctdy) —
CC BY-NC-ND 4.0. NC запрещает обучение в интересах коммерческого продукта прямо;
позиция самого Creative Commons («Using CC-licensed Works for AI Training», 2025) это
подтверждает. Единственный путь — письменный запрос коммерческой лицензии у правообладателей
(CRNS Sfax / Udini / Inria). Публичной оферты нет.
Открытых IOS-датасетов с коммерчески пригодной лицензией не существует вообще. Проверены все: Teeth3DS+ (NC-ND), 3Shape FDI-16 (NC-SA), ортодонтический Tsinghua (DUA запрещает коммерцию), Open-Full-Jaw (NC-SA, к тому же КТ-кость), MedShapeNet (наследует NC-ND). Зеркала лицензию не отмывают.
Единственная чистая стратегия — свои данные
Self-supervised «вырежи и восстанови» на своих полных сканах. Прямой прецедент: J Dent 2025 обучил достройку IOS на 314 сканах, симулируя дефекты удалением 5–20 % точек. Ground truth = наш же исходный меш. Лицензионно чисто на 100 %.
- достройка десневого края: 100–300 полных сканов;
- реконструкция зуба: 300–1000+ (либо fine-tune поверх претрейна на 50–100);
- наши 20 сканов — это не обучающая выборка, а валидационная.
Качественный полный скан = полная дуга 7→7 без обрезки, десна захвачена апикально с запасом ≥5–8 мм (именно этот запас и есть ground truth для дорисовки края), нёбо для верхней, связный меш, сырой экспорт без постобработки сканера.
Интраоральный скан — это биометрические персональные данные (GDPR ст. 9 — подтверждено профильной юр-работой J Forensic Leg Med 2023; 152-ФЗ ст. 11). По 3D-облаку зубов и нёбных складок человек идентифицируется — удаление ФИО из файла НЕ делает скан анонимным. Чтобы Игорь мог копить сканы для обучения, нужна отдельная форма согласия с явно названной целью «разработка и обучение ПО / ИИ».
5 · Канон честности — как гарантировать технически
Спайк показал, что гарантия достижима структурно, а не на честном слове — шестью проверяемыми инвариантами:
- Инвариант «только добавление». Реконструкция имеет право лишь ДОБАВЛЯТЬ вершины.
Ассерт:
assert V_out[:n] == V_in. Любой метод, который пересобирает меш (Poisson), падает на нём автоматически. Это и есть «оригинал нетронут» — не обещание, а проверяемое равенство. - Маска
synthetic— флаг на вершину. Вьювер её красит («доработано»), кнопка возврата = выбросить грани с synthetic-вершинами; оригинал восстанавливается ровно, потому что инвариант 1 его сохранил. Сейчас такой маски в коде нет вообще — дорисованное неотличимо от сканированного. Эту дыру надо закрыть первой. - Защита кромки. Самая длинная граничная петля не заделывается никогда. Без этой строки инструмент рисует 2913 мм² фальшивой челюсти.
- Инвариант числа зубов. Множество FDI
presentдо реконструкции обязано совпасть с посчитанным после. Это механически запрещает «создать или убрать зуб». - Находки — только с оригинала. Диагностика структурно стоит ДО слоя реконструкции и физически не видит дорисованную геометрию.
- Запрет измерений по синтетике. Инструмент измерения отказывается работать на synthetic-вершинах.
Инварианты 1, 3 и 4 — это ассерты в CI на всех 20 сканах. Дешёвые, и ловят регресс молча.
6 · Что делать, по приоритету
- Маска
synthetic+ кнопка возврата + инварианты 1/3/4. Без этого нельзя включать никакую дорисовку. Фундамент обоих ярусов. - Ярус 1: заделка по Лиепе с чистой лицензией вместо концентрической заплатки. 56 складок → 8. Гейт зуба снимается, заплата помечается synthetic. 0.2 с на скан.
- Детектор неполноты → плашка «пересканировать». Единственное, что реально нужно A-09.
- Разобраться, почему наш пайплайн срезает 3.3× зубной поверхности на A-09.
- Сегментация (fine-tune) остаётся приоритетом №1 над всей реконструкцией. Прежний вывод проекта этим спайком подтверждён: A-09, который выглядел кейсом реконструкции, оказался кейсом разметки. Дорисовка лечит вид, fine-tune лечит смысл.
- Ярус 2 learned и Ярус 3 генеративный — не открывать. Строить не на чем.
Оговорки честности
- PoC-заделка гонялась на A-05 верх (единственный скан с дырами у зуба) и A-01 (обе челюсти). Перепись — на всех 20.
- Метрика «выдумано» считает расстояние до ближайшей вершины скана, а не до поверхности — это близкая верхняя оценка (слегка завышает вымысел). Точный вариант уронил бокс по памяти (OOM); боевой сервис при этом выжил (проверено).
- Порог детектора неполноты откалиброван на одном выбросе и одном сканере — заготовка.
- Складки заплаток — метрика двугранного угла > 150°; визуально на скринах не читаются. Это запас качества, а не видимый дефект.
- MeshFix и PyMeshLab — GPL-3: годятся как оффлайн-эталон, в продукт не идут.
- Возможность коммерческой лицензии Teeth3DS у правообладателей не подтверждена — публичной оферты нет.
- Ничего не деплоил в боевой пайплайн; артефакты, находки, БД и метки не менялись.