用于心脏手术仿真的虚拟力反馈模型及软件实现

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1、单位代码10006学号分类号密级秘密毕业设计(论文)用于心脏手术仿真的虚拟力反馈模型及软件实现院（系）名称生物与医学工程学院专业名称生物工程学生姓名王青春指导教师刘文勇2014年6月用于心脏手术仿真的虚拟力反馈模型及软件实现王青春北京航空航天大学北京航空航天大学本科生毕业设计（论文）任务书Ⅰ、毕业设计（论文）题目：用于心脏手术仿真的虚拟力反馈模型及软件实现Ⅱ、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：原始资料：7自由度的力反馈器（Omega.7）（已购买）心血管主动脉弓的几何建模（初步完成）OpenGL开发环境（已搭建）Chai3DDemo源代码（已获得）技

2、术要求：1.实现三维心脏模型的变形显示2.实现三维心脏模型的实时力反馈计算3.利用Omega.7实现三维心脏模型的力感知Ⅲ、毕业设计（论文）工作内容：1.搭建虚拟力反馈硬件平台2.编写基于Chai3D/OpenGL的软件平台3.建立心脏三维几何模型4.实现一种心脏受力变形算法Ⅳ、主要参考资料：MajumderS,RoychowdhuryA,PalS.Simulationofhipfractureinsidewaysfallusinga3Dfiniteelementmodelofpelvis–femur–softtissuecomplexwithsimplifiedrep

3、resentationofwholebody[J].Medicalengineering&physics,2007,29(10):1167-1178. XieK,YangJ,ZhuYM.Fastcollisiondetectionbasedonnoseaugmentationvirtualsurgery[J].Computermethodsandprogramsinbiomedicine,2007,88(1):1-7. VerletL.Computer"experiments"onclassicalfluids.I.Thermodynamicalpropertiesof

4、Lennard-Jonesmolecules[J].Physicalreview,1967,159(1):98. 生物与医学工程学院（系）生物工程专业类101011班学生王青春毕业设计（论文）时间：2014年3月1日至2014年5月25日答辩时间：2014年6月10日成绩：指导教师：兼职教师或答疑教师（并指出所负责部分）：系（教研室）主任（签字）：注：任务书应该附在已完成的毕业设计（论文）的首页。本人声明我声明，本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。作者：王青春签字：时间：2014年6月北京航空航天大学毕业设

5、计(论文)第31页用于心脏手术仿真的虚拟力反馈模型及软件实现学生：王青春指导老师：刘文勇摘要由于现代人生活方式和生活条件的变化，心脏病日益成为一种常见疾病，同时心脏手术的需求量也急剧增加，然而由于培训方式和材料的特殊性，目前远远无法满足需求。虚拟现实技术是利用电脑模拟产生一个三维的虚拟世界，提供给使用者视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制的观察三维空间内的事物，使用者进行位置移动时，计算机可以立即进行复杂的运算，将改变后的三维世界影响传回产生临场感。随着硬件和软件技术的发展，以及对虚拟现实技术研究的不断深入，目前已经有条件实现虚拟手

6、术。针对这个问题，本课题以虚拟现实技术为基础，以虚拟环境中的心脏模型作为研究对象，以Omega.7作为力反馈设备，用于向虚拟对象施加作用力，同时对输入的力用配备英伟达专业显卡的图形工作站进行处理，将得到的反作用力反馈给使用者，从而得到真实可感的力觉和触觉反馈。这种方法有望克服传统医生训练过程中采用人或其他动物标本作为研究对象的诸多缺点，可以更高效、便捷的培养外科医生，使其足以承担心脏手术的工作，满足患者对手术的需求。本课题主要借助开源项目Chai3D和由瑞士ForceDimension提供的力反馈设备Omega.7进行。Chai3D提供了一套对虚拟环境中的对象进行操作的

7、编程接口和一组示例程序，可以在此基础上进行二次开发得到针对心脏手术的算法。Qt是一个跨平台的C++应用程序开发框架，提供了一套便捷的C++图形库和集成开发环境，原生支持OpenGL程序，为了更便捷的对虚拟环境中的对象进行操作，将给这个系统原型添加一个基于Qt的图形前端。同时本次研究作为虚拟手术仿真项目的一个先导课题，为后续的深入研究做一些基础性工作。关键词：心脏手术，手术仿真，力反馈，虚拟现实，碰撞检测北京航空航天大学毕业设计(论文)第31页Avirtualforcefeedbackmodelforthesimulationofcardi