潘家辉　朱玲利

1(华南师范大学软件学院　广东 南海 528225)2(洛阳师范学院信息技术学院　河南 洛阳 471002)



虚拟手术中表面网格模型的力反馈算法与仿真

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1(华南师范大学软件学院广东 南海 528225)2(洛阳师范学院信息技术学院河南 洛阳 471002)

摘要提出一个带力反馈的虚拟腹部外科手术系统，并重点研究及实现了基于表面网格模型的力反馈算法。为了提高系统的稳定性，使用基于线段与表面三角网格的碰撞检测方法；基于四阶Runge-Kutta方法的表面网格mass-spring模型进行变形仿真；基于力的广度优先传播来解决变形仿真的局部性。通过仿真实验验证了该原型系统可以实现与可变形的三维模型的实时力觉交互。最后，把该方法应用到虚拟腹部外科手术系统中，并实现带力反馈的手术仿真操作。

关键词虚拟手术表面网格质点—弹簧模型四阶Runge-Kutta算法广度优先的力传播模型

0引言

随着虚拟现实领域研究的进展和外科手术方式的复杂化和精细化，虚拟手术渐渐成为热门的研究课题。传统的外科手术面临如下困难：一方面，手术过程越来越复杂，需要详细的手术规划和术前预演。通过预计在实际手术中可能出现的复杂和险要情况，制定合理的个体化手术方案，提高手术成功率[2]。另一方面，医学院医生在手术室中的训练计划越来越少，需要通过计算机辅助技术或虚拟手术器械进行手术过程的仿真和模拟，来延长医生的学习曲线。此外，虚拟手术还可以将熟练医生的手术操作进行保存，用于解剖学和临床手术的教学，这也有利于医生重复训练重要的手术操作[3]。……