虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中基于粒子系統(tǒng)的流血模型研究.pdf

1、隨著各國學(xué)者對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷研究，該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域。虛擬手術(shù)系統(tǒng)作為該技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育方面的一項重要應(yīng)用，不但能夠為實習(xí)醫(yī)生提供手術(shù)訓(xùn)練平臺，還能為外科手術(shù)醫(yī)生提供手術(shù)方案制定以及風(fēng)險評估的平臺。因此，許多國內(nèi)外學(xué)者都為能夠模擬一個非常逼真的虛擬手術(shù)環(huán)境而進行了大量的研究。而在手術(shù)過程中，組織器官的流血是不可避免的。在虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中加入流血模型不僅能夠提高虛擬環(huán)境的逼真度，而且還能鍛煉實習(xí)醫(yī)生處理術(shù)中出血的能力。

2、本文通過闡述系統(tǒng)中與流血模型相關(guān)的模塊、血液流動的動力學(xué)仿真及血液的表面渲染等方面，對腦外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的流血模型進行了分析與研究。具體內(nèi)容安排如下：
　　首先，本文分析了腦外科虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中與流血模型相關(guān)的模塊，其中包括力反饋設(shè)備及其驅(qū)動、碰撞檢測、抽吸模型等。通過對本章的闡述，從系統(tǒng)角度說明了流血模型的實現(xiàn)過程。
　　然后，本文研究了流血模型的動力學(xué)模擬方法——光滑粒子流體動力學(xué)。該方法在進行初始化之后，首先搜索出

3、每個粒子的鄰近點，然后逐個算出該粒子的密度、壓強、壓力、粘滯力，通過計算該粒子所受合力，得出其在下一幀所處的位置。為了解決該方法在腦外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的實時性及占用內(nèi)存過多的問題，通過引入空間網(wǎng)格搜索鄰近點法和高度場法，提出了一種改進的快速光滑粒子流體動力學(xué)方法，改進后的方法能夠在保證逼真度的前提下，實現(xiàn)了對腦部血液流動的實時仿真。
　　在完成動力學(xué)仿真之后，還需對粒子形成的血液表面進行渲染。本文采用了一種速度較快且易于實現(xiàn)的表面