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文献类型

42 篇 学位论文
37 篇 期刊文献
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- 2 篇 管理科学与工程(可...
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1 篇 教育学
- 1 篇 教育学

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15 篇 碰撞检测
11 篇 质点弹簧模型
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5 篇 质点弹簧
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3 篇 有限元
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2 篇 粘弹性模型
2 篇 碰撞检测算法

机构

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8 篇 燕山大学
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5 篇 福州大学
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2 篇 国防科学技术大学
2 篇 东南大学
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2 篇 上海交通大学医学...
2 篇 中国科学院深圳先...
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2 篇 哈尔滨工业大学
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2 篇 北京工业大学

作者

3 篇 陈国栋
3 篇 吕梦雅
3 篇 韩育芳
3 篇 杨浩
3 篇 唐勇
3 篇 王瑞艺
3 篇 朱奇光
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2 篇 叶秀芬
2 篇 董露露
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2 篇 王娜
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2 篇 李基圣
2 篇 李佳
2 篇 赵成龙
2 篇 丁龙辉
2 篇 wang na
2 篇 罗丹
2 篇 陈卫东

语言

81 篇 中文

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详细简洁

排序：

虚拟腹腔镜肝囊肿开窗手术的分析与设计

虚拟腹腔镜肝囊肿开窗手术的分析与设计

引用

作者：向泽波华中科技大学

学位级别：硕士

随着腹腔镜手术的发展,腹腔镜手术得到了广泛应用,但同时对实行腹腔镜手术操作的人员的要求也变得更高,这对手术的操作培训提出了新的要求。传统手术培训方式存在很大的局限性,而基于虚拟现实的虚拟手术培训能够多次重复练习,训练开销小... 详细信息

随着腹腔镜手术的发展,腹腔镜手术得到了广泛应用,但同时对实行腹腔镜手术操作的人员的要求也变得更高,这对手术的操作培训提出了新的要求。传统手术培训方式存在很大的局限性,而基于虚拟现实的虚拟手术培训能够多次重复练习,训练开销小,训练周期短。肝囊肿是临床上很常见的肝内囊性病变,目前腹腔镜肝囊肿开窗手术已成为治疗肝囊肿的主要方法。目前已有的虚拟腹腔镜肝囊肿开窗手术很多都不完整或者只提供了简单的功能,不足以满足手术培训需求,因此本文针对这一现状开发了虚拟腹腔镜肝囊肿开窗手术。本文根据四孔法腹腔镜肝囊肿开窗手术设计了虚拟手术流程,在实验室已有的模型基础上制作了虚拟腹腔镜肝囊肿开窗手术需要用到的人体器官模型与手术器械模型,模型真实度能够基本满足手术训练需求;使用非物理方法实现了软组织形变模拟,通过预制形变动画的方法模拟形变过程,该方法响应快、实时性高;利用虚拟腹腔镜手术开发模块实现了虚拟腹腔镜肝囊肿开窗手术,实现了对手术器械的操作和对手术流程的控制,使实习医生能够快速熟悉腹腔镜肝囊肿开窗手术的流程。本文开发的虚拟手术人机交互友好,能够模拟腹腔镜肝囊肿开窗手术的完整流程,给实习医生带来真实的手术体验,使实习医生熟悉手术操作,从而达到提高实习医生手术水平的目的。

关键词：虚拟手术腹腔镜肝囊肿开窗手术三维建模软组织形变

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一种改进质点弹簧模型及碰撞检测算法研究

一种改进质点弹簧模型及碰撞检测算法研究

引用

作者：洪智超南昌大学

学位级别：硕士

虚拟手术仿真系统关键问题在于既要提高软组织模型形变的准确性,又要保证其实时性。软组织建模两种常用方法为有限元模型和质点弹簧模型,有限元虽然计算精度高,准确性好,但巨大的计算量导致其实时性不足,难以满足虚拟手术对于实时性要... 详细信息

虚拟手术仿真系统关键问题在于既要提高软组织模型形变的准确性,又要保证其实时性。软组织建模两种常用方法为有限元模型和质点弹簧模型,有限元虽然计算精度高,准确性好,但巨大的计算量导致其实时性不足,难以满足虚拟手术对于实时性要求。质点弹簧模型虽然计算简便,但计算精度不高,准确性不足,且形变后形状恢复能力较差。为了解决质点弹簧模型存在的这些缺陷,提出了一种改进的质点弹簧模型,利用四面体建模,并创新性地加入向量弹簧。向量弹簧的回复力以及四面体弹簧的体积力都能够提高模型形状恢复性能,提高仿真精度。新型的质点弹簧模型被用来对血管、心脏以及肝脏等软组织建模,实验结果表明,该模型在大幅提高虚拟软组织形状恢复能力的同时,也保持了较好的实时性。现有质点弹簧模型弹簧参数通常凭经验对弹簧的刚度系数,阻尼系数等参数赋值,难免会存在误差,导致模型精确性不足。为了获得尽可能准确的模型参数以提高质点弹簧模型的仿真精度,本文利用粒子群算法对提出的质点弹簧模型弹簧劲度系数以及阻尼系数进行了估计。在虚拟手术过程中,手术器械与软组织的触碰与交互需要通过碰撞检测算法实现。考虑到虚拟手术对于实时性的需求,一般采用离散碰撞检测以实现快速的交互检测。但是离散碰撞检测算法检测时间点是离散的,会导致漏检测的情况发生。连续碰撞检测虽然可以避免漏检测问题,但计算代价过大,实时性仍有待改善。基于此,提出了一种改进连续碰撞检测算法,该算法从模型简化,运动状态分类相交检测和基于二分回退的初始碰撞时间检测三个方面对传统连续碰撞检测算法进行改进。

关键词：质点弹簧模型虚拟手术软组织形变参数估计碰撞检测算法向量弹簧二分回退

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虚拟手术中软组织物理建模方法的研究

虚拟手术中软组织物理建模方法的研究

引用

作者：俞雪峰南京信息工程大学

学位级别：硕士

近年来虚拟现实技术不断革新并在医疗领域取得长足应用,其中虚拟手术训练最为典型有效。虚拟手术训练具有可重复性、训练效果好且成本低等优势,其突破了无法短时间内训练出合格外科医生的瓶颈,有效的解决了外科医生资源紧缺的问题,为人... 详细信息

近年来虚拟现实技术不断革新并在医疗领域取得长足应用,其中虚拟手术训练最为典型有效。虚拟手术训练具有可重复性、训练效果好且成本低等优势,其突破了无法短时间内训练出合格外科医生的瓶颈,有效的解决了外科医生资源紧缺的问题,为人类医疗卫生事业的建设与发展做出了巨大贡献。在虚拟手术训练中软组织模型质量直接影响手术训练效果,建立真实有效的软组织模型至关重要,然而现有物理模型无法实现精度与计算效率并重,因此本文以如何提升软组织形变模拟的真实性并降低计算复杂度的问题为主线进行展开,深入研究虚拟手术中软组织的物理建模方法并进行相应改良,本论文主要工作如下:(1)针对无网格模型难以表示软组织生物力学特性的问题,提出了一种基于无单元伽辽金法的局部高分辨率软组织形变模型,该模型采用无单元伽辽金法模拟软组织形变,并在其中引入开尔文粘弹性模型和调整函数来模拟软组织非线性粘弹性,此外利用局部高分辨率算法进行优化以提供软组织形变细节的渲染反馈。(2)针对无网格模型精度与计算复杂度此消彼长的问题,提出了一种基于马夸特法和富集函数的软组织形变模型,该模型以上述非线性粘弹性无网格法为基础,利用马夸特法拟合软组织上力和表面形变位移之间的关系实现快速形变,并采用富集函数来处理软组织发生切割操作时切口出现的不连续性问题。(3)针对质点-弹簧模型参数难以选取及结构不稳定的问题,提出了一种参数优化的软组织局部压缩形变模型,该模型利用四面体质点-弹簧模型构建软组织,采用模拟退火算法优化弹簧刚度系数和阻尼系数,同时对软组织进行局部形变区和非形变区的划分实现局部形变计算,此外设定过度压缩补偿策略防止模型出现超弹性效应。通过搭建虚拟仿真平台,利用三种模型分别进行相应的软组织形变模拟,并设计实验验证模型性能。模拟及验证结果表明,本文所提三种软组织物理建模方法有效提升了软组织形变模拟的真实性和实时性,并能够很好的实现软组织拉伸、压缩和切割等手术操作,为虚拟手术训练提供了有力支持。

关键词：虚拟手术物理建模无网格模型质点-弹簧模型软组织形变

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具有力反馈的神经外科虚拟手术培训系统研发

具有力反馈的神经外科虚拟手术培训系统研发

引用

作者：林薇福州大学

学位级别：硕士

在众多外科学之中,神经外科是最难掌握的学科之一。神经外科手术的实施需要医生具备较高的理论掌握程度、较熟练的手术操作水平以及强大的心理抗压能力。然而,神经外科手术涉及到颅脑等特殊部位,缺少适用的手术模拟模型,因而局限于传统... 详细信息

在众多外科学之中,神经外科是最难掌握的学科之一。神经外科手术的实施需要医生具备较高的理论掌握程度、较熟练的手术操作水平以及强大的心理抗压能力。然而,神经外科手术涉及到颅脑等特殊部位,缺少适用的手术模拟模型,因而局限于传统教学。传统教学由于不够直观、难以提供实践机会等缺陷导致学员学习曲线增长缓慢。随着医疗教育行业的进步,用于解决教学资源匮乏问题的培训手段开始出现并不断丰富完善。虚拟现实技术与力反馈技术因其提供的沉浸式体验、使用安全性与可重复性使其在神经外科手术培训中的应用成为一种趋势。对于神经外科手术而言,其虚拟手术培训系统的开发重点在于直观真实的三维颅脑解剖以及真实的手术操作模拟,而现有的神经外科虚拟手术培训系统或缺少颅脑解剖培训、或缺少力反馈;具有力反馈的系统多局限于单一状态的力反馈实现、计算模型参数的选取缺乏理论依据。另一方面,现有的虚拟手术培训系统因高昂的成本限制了其大规模推广的可能性,加重了医疗教育资源分布不均的问题。针对现有问题,论文主要研究内容包括以下三点: 首先,提出形变物理模型所需参数的转化公式。基于人体软组织的生物力学特性假说与虚拟手术培训系统需求,选用质点弹簧模型构建软组织形变物理模型,利用提出的转化公式将软组织的杨氏模量与耗能模量转化为形变模型的弹性系数与阻尼比,使物理模型参数的选取有理可循。其次,提出具有层次感的穿刺力反馈计算模型。基于软组织生物力学特性假说,分析穿刺过程中软组织与手术器械间的交互情况,将软组织作用力总结分类为三种,基于此三种作用力设计计算参数。将三种作用力根据手术器械与软组织的交互状态以及软组织形变程度进行组合设计,得出穿刺力反馈计算模型,以便将其应用于侧脑室穿刺术中,使穿刺过程的力反馈模拟更接近真实穿刺。最后,根据神经外科手术的培训需求,结合虚拟现实设备与力反馈设备构建神经外科虚拟手术培训系统,并开发了解剖学习模块与手术操作模块。在解剖学习模块提供颅脑解剖学习模块与CT三维认知模块;在手术操作模块中实现侧脑室穿刺手术全过程模拟,并设计实验验证了力反馈模拟的真实性与层次感、系统虚实对应的准确性和系统提升手术技能的有效性。

关键词：虚拟现实手术培训系统软组织形变力反馈技术神经外科

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虚拟手术仿真中基于RPIM-IXPBD混合软组织建模与碰撞检测研究

虚拟手术仿真中基于RPIM-IXPBD混合软组织建模与碰撞检测研究

引用

作者：刘泉南昌大学

学位级别：硕士

虚拟手术作为虚拟现实技术的典型应用之一,它利用计算机图形学建立虚拟场景,并结合交互设备对实习医生进行手术培训,可以有效地提升实习医生的手术水平,这对于转变传统手术训练方式具有重要的作用。在实际手术过程中,医生操作手术器械... 详细信息

虚拟手术作为虚拟现实技术的典型应用之一,它利用计算机图形学建立虚拟场景,并结合交互设备对实习医生进行手术培训,可以有效地提升实习医生的手术水平,这对于转变传统手术训练方式具有重要的作用。在实际手术过程中,医生操作手术器械触碰软组织并使软组织发生交互形变响应,这是医生实施手术时最基本的操作流程。如何建立有效的软组织模型和碰撞检测算法,实现虚拟手术仿真实时准确的交互操作,是虚拟手术仿真的重点和难点之一。因此,本文针对虚拟软组织建模和碰撞检测开展了以下的研究工作。首先,提出了一种基于Wilson-θ隐式积分法的径向基点插值法(Radial base Point Interpolation Method,RPIM)和改进的扩展位置动力学(Improved Extended Position based Dynamics,IXPBD)的混合软组织建模方法。该方法将整个模型动态划分为手术区域和非手术区域。在手术区域,所提出的方法采用了基于Wilson-θ隐式积分法的RPIM为软组织建模,旨在提供逼真的模拟软组织形变;在非手术区域,由于不需要进行精确的形变模拟,提出了一种改进的IXPBD建模方法,具有较快的计算速度,旨在降低整个模型的计算代价,降低交互时的模型计算量。注意到:所提出的IXPBD法将软组织生物力学特性融入到了扩展位置动力学法中。相比较传统的扩展位置动力学法,所提出的IXPBD法具有较高的逼真度。此外,为了避免手术和非手术区域之间的割裂现象,在两个区域间建立了一种基于牛顿力学的平滑过渡方法。实验结果证明了该混合建模方法的有效性。其次,提出了一种混合动态插值碰撞检测算法。该方法在粗检测阶段,使用空间哈希法和混合包围盒进行连续碰撞检测,可以快速提取出可能发生碰撞的基元集。在精细检测阶段,通过动态插值进行碰撞检测,避免了交互时容易发生漏检或穿刺现象。通过这种分阶段的方式实现了基元数量较大且形变速度较快的虚拟手术场景碰撞检测。实验结果表明,该方法有效地避免了手术器械与软组织模型交互时的漏检或穿刺现象,同时具有较高的实时性。最后,基于上述方法,搭建了一套虚拟手术肝脏形变交互仿真系统。该系统包含力反馈模块、视觉渲染模块及动态交互计算模块,用于模拟真实肝脏手术的触碰形变操作。之后在该系统中进行了形变交互仿真实验,实验结果表明该系统的形变交互效果良好,并具有较高的实时性,满足虚拟手术系统的实际训练需求。

关键词：径向基点插值法扩展位置动力学法虚拟手术软组织形变碰撞检测

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髋部手术培训系统关键技术研究与程序实现

髋部手术培训系统关键技术研究与程序实现

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作者：毛志勇哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

各类关节疾病中髋关节疾病患病率最高,然而它的解剖位置深,结构复杂,通过研究患者二维断层图像做出准确的手术规划要求医生具有丰富的临床经验,而这正是新医生最缺乏的。髋部手术培训系统是一个可以让医生在虚拟的人体髋部中实施手术并... 详细信息

各类关节疾病中髋关节疾病患病率最高,然而它的解剖位置深,结构复杂,通过研究患者二维断层图像做出准确的手术规划要求医生具有丰富的临床经验,而这正是新医生最缺乏的。髋部手术培训系统是一个可以让医生在虚拟的人体髋部中实施手术并重现手术过程中可能遇到的各类情况的虚拟现实应用系统。髋部手术培训系统可以为新医生提供髋部手术的虚拟场景,通过反复操作使新医生更快具备实践经验,该系统能够大量降低培训成本、缩短培训周期、提高手术成功率。髋部手术培训系统核心模块有软组织形变模块、碰撞检测模块、虚拟切割模块、动态可视化模块。本文主要完成肌肉形变模块、碰撞检测模块以及切割模块。肌肉形变模块本文提出了可嵌入的操作区自主选择算法,该算法采用自主选择有限元计算的操作区,使得参与计算的四面体单元规模大幅度缩小,在保证精度的情况下大幅度提高了计算的速度。为了避免操作区自主选择算法中搜索相邻四面体单元消耗的时间会导致影响整体的计算速度,本文对所有的四面体单元进行拓扑重构。通过对比采用了操作区自主选择算法与没有使用该算法的肌肉形变模块,可以看出本文在采用操作区自主选择算法后对形变计算的速度有30倍的提高,而精度则可以达到原始的70%。碰撞检测模块本文提出了经纬度碰撞检测算法,使得检测过程可以利用搜索算法加速。该碰撞检测算法将三角面片的三维信息转化为经纬度信息,然后利用自主设计的经纬度数据结构完成检测以及相应的更新操作。本文将经纬度碰撞检测算法与传统的包围盒碰撞检测算法进行对比后发现本文的碰撞检测算法在检测与更新上都能有更好的效率,因此可以满足系统的碰撞检测模块的需求。切割模块本文提出了瞬态显示延迟处理的切割算法。该算法没有采用四面体单元细分的方案,而是自主提出了路径分离的方案,使得后续的有限元计算效率能够保持稳定高效。切割算法中采用了瞬态显示,延迟处理的思想,能够避免由于切割算法拓扑结构调整对显示的流畅性造成影响,经过算法测试,采用了瞬态显示后,使得切割的显示频率非常稳定,能够满足髋部手术系统的切割模块的要求。

关键词：髋部手术培训系统虚拟现实技术软组织形变碰撞检测切割

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基于PBD和FEM耦合的软组织切割仿真研究

基于PBD和FEM耦合的软组织切割仿真研究

引用

作者：盛维成南昌大学

学位级别：硕士

虚拟现实技术作为20世纪出现的一项新兴的技术,其独特的使用方式给用户带来全新的视觉和感觉体验,并且随着计算机技术的高速发展,虚拟现实技术现如今已广泛地应用到工业、医疗、娱乐、教育、生活等领域。虚拟手术作为虚拟现实技术在医... 详细信息

虚拟现实技术作为20世纪出现的一项新兴的技术,其独特的使用方式给用户带来全新的视觉和感觉体验,并且随着计算机技术的高速发展,虚拟现实技术现如今已广泛地应用到工业、医疗、娱乐、教育、生活等领域。虚拟手术作为虚拟现实技术在医疗领域的重要分支之一,承担了医生术前培训、术中辅助、术后总结等重大职责。在虚拟手术系统的众多模块中,形变和切割模拟仿真一直是虚拟手术领域的重点研究内容。为了增强使用者的沉浸式体验感,如何提升形变和切割仿真的逼真性与实时性是当前研究的热点问题。本文也是从逼真性与实时性两方面出发,围绕软组织的形变建模方法与切割两项关键技术展开研究,主要研究内容如下: 首先,针对由面网格构建的表面模型内部没有任何几何信息所造成内部空洞导致模拟效果不真实,以及由体网格构建的体模型由于在内部产生顶点过多导致计算量大的问题,本文建立了一个精细表面网格和粗糙内部体网格混合的网格模型。该模型通过精细的表面网格呈现出更多的模型信息,表现出良好的逼真性,同时粗糙的体网格能够减少体模型在内部产生顶点的数量,提高了仿真的计算效率。其次,为上文的混合网格模型建立软组织形变模型。常用的位置动力学(PBD)构建的软组织形变模型虽然计算效率高,但是逼真性较差,而基于有限元法(FEM)构建的软组织形变模型仿真精度高,但是计算效率低。针对这种问题,本文提出了一种基于PBD和FEM混合的软组织形变模型,并使用该方法为精细表面网格和粗糙内部体网格混合的网格模型建立软组织形变模型。具体方法是在精细的表面网格上实现PBD方法,粗糙的内部网格上实现FEM方法,通过连接点驱动这两种网格的共同形变。为了进一步提高形变的逼真效果,本文将非线性超弹性模型Mooney-Rivlin引入到该软组织形变模型中,用于模拟软组织的生物力学特征。通过这种方式构建的软组织形变模型能够充分发挥PBD计算效率高以及FEM模拟精度高的优势。实验结果表明,通过引入Mooney-Rivlin模型能够提高形变的仿真精度,并且在形变计算过程中具有较高的计算效率。最后,针对现有的网格切割方法存在切割过程中难以维持原有的拓扑关系,以及产生子单元多的问题,本文提出了一种适用于精细表面网格和粗糙内部网格混合的网格模型的切割方法,该方法对面网格和体网格分别进行切割。首先对于面网格的切割,通过解除表面网格顶点之间的约束,避免了维护表面网格之间复杂的拓扑关系。其次对于体网格的切割,本文在最少单元法的基础上进行改进,实验结果表明,通过对体网格的切割类型进行简化,不仅减少了新四面体的生成数量,而且保证了网格的质量。

关键词：虚拟手术软组织形变切割仿真混合模型

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虚拟肝脏手术中触觉计算相关技术研究

虚拟肝脏手术中触觉计算相关技术研究

引用

作者：施逸飞国防科学技术大学

学位级别：硕士

随着计算机图形学的发展,虚拟手术在现代医学手术训练中发挥了越来越重要的作用。传统的手术训练通常在尸体和动物上进行,这种方法不仅成本高,而且物理和生理特征表现与真实手术患者存在较大差异,这严重影响了手术训练的效率。虚拟手术... 详细信息

随着计算机图形学的发展,虚拟手术在现代医学手术训练中发挥了越来越重要的作用。传统的手术训练通常在尸体和动物上进行,这种方法不仅成本高,而且物理和生理特征表现与真实手术患者存在较大差异,这严重影响了手术训练的效率。虚拟手术通过为用户提供真实的手术场景,模拟手术的操作步骤,解决了这一问题。虚拟手术为复杂手术的推广和训练发挥了巨大的促进作用,使现代手术训练向低成本、高可靠性的方向发展,具有巨大的实用前景和研究价值。虚拟手术涉及计算机图形学、物体学、生理学和计算机视觉等多个学科,是极具挑战性的研究课题。触觉交互功能是虚拟手术系统区别于其他手术训练方法的关键。在手术过程中,用户通过操作触觉交互设备与虚拟场景进行接触,完成手术步骤。因此,触觉相关计算是虚拟手术系统的重要组成部分。本文研究了虚拟肝脏手术中的触觉计算相关问题,包括肝脏表面切割区域标定、软组织形变和肝实质切割的模拟问题。在肝脏表面切割区域标定模拟方面,本文首先将该问题抽象为三角网格表面测地线的计算问题。然后研究了几种主流的三角网格表面测地线算法,分析了它们的时间复杂度。对迭代细分的测地线算法进行了改进,并将改进后的方法应用到肝脏表面切割区域标定模拟中,获得了真实的模拟效果。在软组织形变方面,本文首先讨论了弹簧振子模型和形状匹配方法这两种实时形变方法。然后使用弹簧振子模型模拟了肝脏包膜的形变,并对快速网格形状匹配法进行了改进,使用改进后的方法模拟了肝脏的形变,模拟效果与真实手术相近。在肝实质切割方面,本文首先介绍了几种软体切割方法,分别从几何模型和运动模型两方面进行了分析讨论。然后针对肝脏手术中切割的特点提出了一种简化的软组织切割方法,该方法在切割时更新面片的法向量,同时断开不同部分运动质点间以及运动质点和表面顶点间的连接关系。最后将该方法运用于虚拟肝脏手术系统,逼真地模拟了肝实质的切割步骤。

关键词：虚拟手术触觉计算测地线软组织形变肝脏切割

来源：评论

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基于数字人体的针灸触觉反馈和组织形变研究

基于数字人体的针灸触觉反馈和组织形变研究

引用

作者：杨浩上海交通大学

学位级别：硕士

本文在穴位融合三维数字人体的基础上,基于中医理念,近代生物力学理论和有限元方法,将针灸过程的反应力和组织形变用数学模型模拟出来,给操作者以视觉和触觉双重体验,使只带静止穴位的中医解剖数字人向带有力感反应和形变效果的中医物... 详细信息

本文在穴位融合三维数字人体的基础上,基于中医理念,近代生物力学理论和有限元方法,将针灸过程的反应力和组织形变用数学模型模拟出来,给操作者以视觉和触觉双重体验,使只带静止穴位的中医解剖数字人向带有力感反应和形变效果的中医物理数字人前进一步,为针灸教学提供一种更直观的反映动态过程的电子解剖学手段。在针灸触觉力学模型的基础上,本文研究了与常用重要穴位有关的组织包括皮肤、皮下组织、肌肉等的力学参数,建立了各自的物理模型。根据人体穴位组织具有粘弹性特点,本文建立了与组织属性相关的粘弹性有限元形变模型。根据虚拟人VHP数据库中穴位所对应的图像数据,我们可以获得穴位周围及深度方向所经过的组织信息。针感力可以由针尖在虚拟组织的位置和速度,结合组织的力学模型计算获得,并由力反馈装置反馈给操作者。形变可以由组织属性数据,计算所得的针感力,结合组织的形变模型计算获得。运用管道通讯的方式,本文实现了力反馈仪与VOXEL-MAN虚拟人平台的数据通讯,建立了基于虚拟人的针灸虚拟力反馈系统。该系统不仅具有丰富的视觉信息,同时实现了实时性的数据传递,带给操作者生动的针灸模拟环境,可用于对针灸初学者的训练。

关键词：虚拟现实力学模型力反馈有限元方法软组织形变针灸

来源：评论

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虚拟手术中软组织建模与碰撞检测算法的研究

虚拟手术中软组织建模与碰撞检测算法的研究

引用

作者：郭亚博哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

虚拟手术作为虚拟现实技术在医学方面的一个重要应用,解决了传统手术训练方式存在的诸多局限性。它是虚拟现实技术和现代医学飞速发展和交叉融合的结晶,包括计算机图形学、人机交互、人工智能等技术。软组织器官的形变仿真是其重要的技... 详细信息

虚拟手术作为虚拟现实技术在医学方面的一个重要应用,解决了传统手术训练方式存在的诸多局限性。它是虚拟现实技术和现代医学飞速发展和交叉融合的结晶,包括计算机图形学、人机交互、人工智能等技术。软组织器官的形变仿真是其重要的技术环节,能否逼真、实时地进行形变仿真是关乎虚拟手术成败的关键。本文以人体软组织器官为研究对象,对其进行形变仿真。并从形变模拟的真实性和实时性要求出发,系统地探讨软组织器官的几何模型、物理模型、形变模型的数值解算和碰撞检测等关键技术。首先,根据软组织器官的几何特征构造其几何模型。选取人体典型软组织器官—胃和肝脏,利用其医学图像数据和三维建模工具构造出软体组织器官的面模型。因为肝脏内部为“实心体”,故采用TetGen软件将肝脏的面模型进行四面体剖分,最后得到基于面模型结构的胃模型和基于体模型结构的肝脏模型,为软组织形变奠定基础。其次,针对传统虚拟手术系统大都是对质点-弹簧模型整体或预先选择某一固定区域进行物理建模,从而导致系统的实时性不高、灵活性不足的缺点。本文利用计算机图形学的投影变换等技术,采用了局部质点-弹簧模型的动态生成方法。该方法具有较强的灵活性,不依赖某一区域三角形的索引值和网格拓扑关系,在保证仿真系统真实性与可靠性的情况下,提高了形变模拟的实时性。再次,在软组织器官形变的过程中,我们需要利用数值解算的方法求解形变的动力学模型。其中欧拉法、中点法、龙格库塔法是三种求解微分方程常用的方法,比较这些数值解算方法并选取中点法作为求解形变的动力学模型解算方法。最后,研究并比较常用的碰撞检测算法,根据软组织器官与虚拟手术器械碰撞的特点,本文采用AABB层次包围盒分别对虚拟手术器械尖端和软组织器官进行构造。实验结果表明,采用局部质点-弹簧模型的动态生成方法对软组织器官进行形变仿真,不仅有真实的形变效果而且又满足系统的实时性要求,本文采用的碰撞检测算法也能满足软组织形变模拟的要求。

关键词：软组织形变质点-弹簧模型中点法层次包围盒

来源：评论

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