陈卫东 刘 波 朱奇光*

1(燕山大学信息科学与工程学院，河北 秦皇岛 066004)2(河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北 秦皇岛 066004)

基于MLS-MWS混合模型的软组织建模

陈卫东1,2刘 波1朱奇光1,2*

1(燕山大学信息科学与工程学院，河北 秦皇岛 066004)2(河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北 秦皇岛 066004)

针对无网格模型计算量大和边界处理繁琐的问题，提出一种基于改进最小二乘近似函数的无网格强弱势混合模型(MLS-MWS)。首先，基于场理论将模型划分为内部域和外部域，在内部域中，不与自然边界相连接的节点通过无网格强势法来构建平衡方程，该方法无数值积分，从而达到计算量的减少；在外部域中，通过无网格局部弱势法来弱化边界问题。其次，在强势方法中，需利用最小二乘近似式表示位移的二阶导数，针对其计算量大和效率低的问题，提出改进移动最小二乘近似函数和导数，通过将节点值进行两次MLS导数插值，求出该节点的二阶导数，进一步简化计算；最后采用PHANTOM触觉交互设备，对肝脏模型进行拉伸与挤压的形变模拟实验。 实验结果表明，MLS-MWS混合模型相比无网格伽辽金模型，单步执行时间从17.3 ms减少到13.8 ms，频率从56.80帧/s提高到72.46帧/s。该混合模型结合无网格强弱势法和双重无网格配点法，达到优势互补，有效提高模型的实时性。

软组织建模；无网格法；双重配点无网格法；MLS-MWS模型

引言

虚拟手术仿真系统在医学教学与实践中占据重要地位，通过该仿真系统，医生可以进行大量实践来丰富自己的临床经验[1]。……