虚拟手术中带力反馈的缝合模拟研究

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1、上海交通大学硕士学位论文虚拟手术中带力反馈的缝合模拟研究姓名：张静思申请学位级别：硕士专业：计算机软件与理论指导教师：顾力栩20081201上海交通大学工学硕士学位论文摘要物理模拟和力反馈模拟的问题，同时视觉模拟效果比传统控制点轨迹跟踪方法更加优越。（2）考虑到组织及缝合线的特性，在缝合模拟的受力分析过程中，主要模拟了缝合过程中会发生的组织表面张力，拉力以及摩擦力。这远比弹簧模型通过层层传递而不考虑具体的力的性质的受力模拟方法产生的反馈力合理，视觉效果也远比弹簧模型做缝合模拟的效果真实。同时这种方法易于扩展，且计算高效，因为这些力只

2、在控制点上作用以及传递。（3）相对与传统方法中不能进行受力模拟的控制点跟踪法以及可以进行受力分析的弹簧模型，控制点结合受力分析的方法在触觉真实感，视觉真实感及效率上都证明了自己的优越性。（4）本文优化了在现有的缝合过程中使用到的碰撞检测及自碰撞检测的技术，优化了用于可形变模型的包围球层次绑定树的实时更新方法，提出并且使用了自底向上更新及使用优先队列的方法提高了碰撞检测与自碰撞检测的效率。（5）本论文的新型算法集成与运用到通过力反馈设备Phantom进行触觉仿真的缝合模拟系统中，通过大量的实验数据评估和传统方法的比较，证明得出本文使用

3、的方法在视觉模拟真实感，触觉模拟真实感都优越于传统方法。关键词：虚拟手术，控制点，缝合模拟，打结模拟上海交通大学工学硕士学位论文摘要Real-timeandHapticSutureSimulationinVirtualSurgery:TheoryandApplicationABSTRACTInthispaper,weproposedanovelsuturesimulationmethodforvisualandhapticrealisticsuturesimulationinvirtualsurgery.Thismethodempl

4、oyedtheconceptofcontrolpointwhichindicatesthesuturepointsinintersectionwiththesofttissue.Interactionforcesduringsutureprocessaresimulatedonthesecontrolpoints,includingfrictionforce,surfacetensionforce,anddragforce.Theforcescanbeeasilyextendedwhenaddingotherkindsofforce

5、s.Comparedtothetraditionalmethodswhichusescontrolpointstotrackthemovementofthesuturegeometricallyorwhichusesmass-springmodeltosimulatetheinteractionbetweenthesoft-tissueandthesuture,ourmethodhasitssuperiorityinbothvisualandhapticrealism,andinbothsutureandtyingsimulatio

6、n.Inaddition,it’shighlyscalableandefficientincomputation.Themainachievementsandworkofthispaperislistedfollowing:(1)Anovelsuturesimulationmethodemployingcontrolpointsforforcesimulationisproposed.Itsolvedtheproblemthatthetraditional上海交通大学工学硕士学位论文摘要controlpointsuturesimul

7、ationmethodcannotsimulateforcesphysicallyforhapticrendering.Inaddition,itsvisualsimulationrealismisalsosuperiortotraditionalmethods.(2)Accordingtothecharacteristicsofthesoft-tissueandthesuture,ourmethodsimulatedthesurfacetension,dragforceandfrictionduringthesutureproce

8、ss.Itsfeedbackforceismuchmorereasonablethanthemass-springsuturewhichsimulatesforcebytransferringforcespringbyspringwi