基于opengl的虚拟微创手术方法设计的研究

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1、天津大学硕士学位论文基于OpenGL的虚拟微创手术方法设计的研究姓名：吴茜申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：洪鹰20070601中文摘要随着医学的发展和应用，微创外科手术已成为21世纪外科手术发展的重要趋势。由于微创手术操作复杂度比较高，因此医生训练难度大，花费昂贵，使其发展受到了限制。结合虚拟现实和医学技术的微创外科手术培训系统可以有效地解决这一问题。本文通过分析各种软件开发工具，我们用VisualC++6．0作编译平台，以C++为编程语言，建立基于OpenGL开放图形库的虚拟微创手术培

2、训系统的软件平厶口。在虚拟微创手术的模型设计中，采用3DSMAX建立人体器官几何模型并保存为ASE文件格式，用Pro／E建立手术器械几何模型并保存为STL文件格式。通过编写接口程序，将模型导)kOpenGL。对面模型和体模型的特点进行分析、比较，采用面模型在OpenGL@重建人体器官和手术器械的几何模型，并用纹理映射和明暗处理对模型进行渲染。为研究器官力反射回馈，分析了质点一弹簧法与有限元法的优缺点，采用有限元法建立人体器官的物理模型。并根据有限元法的原理，设置适当的网格数、简化变形计算，提高计算速度。应用

3、FDH碰撞检测算法检测人体器官与手术器械是否接触。采用区间测试法，应用并行遍历进行包围盒碰撞的粗检测，通过三角形与三角形之间的相交测试判断碰撞的精确位置，提高检测效率，满足精确性与实时性的要求。通过分析微创手术的手术过程及手术技法的分解与要求，设计微创手术各种操作的培训方案。本课题的研究内容，可为手术操作者提供一个真实的受训场景，使受训者沉浸于真实的手术操作环境，从而达到训练医生的目的。关键词：OpenGL虚拟微创手术几何模型物理模型层次包围盒ABSTRACTAlongwiththeapplicationa

4、nddevelopmentofMedicine，MinimalInvasiveSurgery(MIS)hasbecomeanimportanttrendin21．th．Becauseofitsdifficulttraining，highexpenseandhighcomplexity,itsdevelopmentisrestrained．TheMinimalInvasiveSurgeryTrainingSystem，whichcombinesvirtualrealityandmedicine，cansolv

5、etheproblem．Firstly，throughanalyzingallkindsofthesoftwaredevelopmenttools，weusethesoftwaredevelopmentenvironmentVC++6．0andprogramminglanguageC++t0buildthesystem’SsoftwareplatformonthebaseofOpenGL．Secondly,inthemodeldesignofMinimalInvasiveSurgery(MIS)，webui

6、ldthegeometricalmodelsofrelatedhumanorgansandsurgeryapparatuswhicharedesignedby3DSMAXandPro／EandpreservedwiththeformofASEandSTL．WeprogrammedinterfaceroutinesinthecircumstanceofOpenGL．Throughanalyzingthefeaturesofvolumemodelandsurfacemodel，werebuildmodelswi

7、thsurfacemodelandromancethemwithtexturemappingandshading．Thirdly,inordertoresearchorgan’Sreflexfeedbackofforce，weusethefiniteelementmodeltobuildhumanorgan’Sphysicalmodel，throughanalyzingmeritsanddrawbacksofmass-springmodelandthefiniteelementmodel．According

8、tothetheoryofthefiniteelement，wesetuppropernumberofgirdandsimplifydeformationcomputationtoincreasecomputingspeed．Furthermore，weusethefixeddirectionhulltodetectwhethertheycollide．Andthen，wecandetectboundingbox