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文檔簡介
1、當前傳統(tǒng)手術(shù)訓練存在較大的局限性,隨著計算機技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展,結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學技術(shù)的虛擬手術(shù)系統(tǒng)應運而生。虛擬手術(shù)系統(tǒng)不但能夠很大程度上提高手術(shù)學習、訓練的效率和效果,還可以進行手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃和罕見手術(shù)的預演等。更為先進的力觸覺反饋設備也越來越多,為增加操作者在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的沉浸感提供了硬件基礎。
虛擬手術(shù)中,人體器官大體可以分為剛體,軟體和流體三種,我們主要從剛體和軟體的角度進行力反饋算法的研究。虛擬手術(shù)對實時
2、性要求較高,人體器官的建模是虛擬手術(shù)研究的基礎,碰撞檢測算法貫穿始終,反饋力的計算及實時反饋決定操作者的感覺。
對于剛體的力反饋算法,我們針對虛擬手術(shù)的特點,即與人體器官相比,手術(shù)器械所參與碰撞檢測的區(qū)域較小這一特點,引入有效區(qū)域的概念,對手術(shù)器械采用順序表方法建模,只用一步即可完成基本碰撞檢測,大體確定是否發(fā)生碰撞。在精確碰撞檢測階段,采用矢量判別法代替Brute-force方法。對于反饋力的計算我們采用Virtual-
3、proxy方法進行,驗證碰撞檢測算法的優(yōu)劣。
在軟體的力反饋模型中,針對傳統(tǒng)柔性體變形算法存在動力學仿真不足的問題,提出一種基于物理意義的復合變形算法。采用GEL凝膠動力學引擎,即填充球模型中引入一種骨架技術(shù),模擬軟體的動力學特性及整體形變,進行手術(shù)器械與人體的碰撞檢測。針對填充球模型局部形變不夠明顯,及反饋力計算過于簡單的缺點,在軟體表面采用彈簧質(zhì)點模型,引入分層的思想,以受力點為中心將軟體表面分成均勻的同心圓,算法最終
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