虚拟手术中碰撞检测技术的研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要虚拟手术技术作为计算机辅助医疗的一个重要组成部分在手术规划与治疗、手术训练以及术中导航和监护中发挥着越来越广泛的作用。虚拟手术及其他一些虚拟现实系统中的一个重要问题就是碰撞检测问题，其目的就是让虚拟的人体及器官和虚拟手术场景中的物体具有真实物理特性，以达到虚拟空间下强烈的真实感。然而，低效率的实时碰撞检测方法大大制约了虚拟手术这项先进技术的继续发展。本文阐述了虚拟手术中遇到的碰撞检测问题的主要特点，并通过理论分析，给出了在层次包围盒法的基础之上利用新的k-Dops包围盒模型进行碰撞检测的方法。针对层次包围盒模型，本文设计了包围盒

2、的二叉树结构，并给出了包围盒树的结点分裂方法，同时也给出了用于实时检测的包围盒交叠测试算法。本文通过搭建碰撞检测的仿真平台对虚拟手术场景中的物体进行了碰撞过程的仿真，在试验仿真的结果中比较了各种包围盒模型的优劣，分析并进一步归纳出影响碰撞检测性能的一些主要因素。根据对比试验结果，本文提出了面积加权均值的分裂点选取方法，同时对包围盒树构造算法进行了优化，进一步提高了碰撞检测的效率。关键词：碰撞检测；层次包围盒法；包围盒树；k-Dops哈尔滨工程大学硕士学位论文NilIABSTRACTAsasignificantpartofthecomputeraidedmed

3、ical，thetechniqueofVirtual-Surgeryisplayingamoreimportantroleinthefieldofprogrammingandtreatmentofsurgery，thepracticeofsurgery，navigationandwardshipduringthesurgerytime，Oneofthemostvital弘oblemsintheVirtual-SurgerysystemandsomeotherVirtual—RealitysystemistheproblemofCollision-Detect

4、ion，whichfocusesonthephysicsfeatureofthevirtualhumanbodyandorgansandotherobjectsinthevirtualsc七neinordert0presentpeopleastrongtruthfulfeelinginthevirtualenvironment．However,low-effectivereal—timecollisiondetectingmethodshavestronglyrestrictedthecontinuousdevelopmentofthisadvancedte

5、chniqueofVirtual—Surgery．ThecharacteristicsoftheCollision—DetectionproblemintheVirtual-Surgeryareexpatiatedinthispaper,andmeanwhileacollisiondetectingmethodwithnewk-DopshierarchicalBoundingBoxmodelisgivenafterthetheoreticalanalysis．BasedonthehierarchicalmodeloftheBoundingBox，thebin

6、arytreestructureoftheBoundingBoxWaSdevised．Simultaneously，thewayofsplittingthecrunodesinthetreeandtheoverlapping-testingalgorithmsoftwoboundingboxesarealsopresented．ThesimulationofthecollisionoftheVirtual—SurgerysceneismadeontheplatformofCollision-Detection．Thefunctionsofeachboundi

7、ngboxmodelthroughtheresultsofthesimulationarecomparedandthefactorsthatwouldinfluencetheperformanceofthereal-timecollisiondetectingareinduced．Accordingtotheresults,anewmethodofselectingsplitpointbymakinganarea．weigInedmeanisproposed．Asresdtthealgorithmoftheboundingboxtreeisoptimized

8、andtheefficiencyofthecolli