虚拟手术仿真系统的设计与实现

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1、论文题目虚拟手术仿真系统的设计与实现专业学位类别工程硕士学号201191231305作者姓名张晓芹指导教师王勇副教授万方数据分类号密级注1UDC学位论文虚拟手术仿真系统的设计与实现（题名和副题名）张晓芹（作者姓名）指导教师王勇副教授电子科技大学成都王磊高工济南旭景科技有限公司济南（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称软件工程提交论文日期2014.09.25论文答辩日期2014.11.21学位授予单位和日期电子科技大学2014年12月25日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据DESIGNANDIM

2、PLEMENTATIONOFVIRTUALSURGERYSIMULATIONSYSTEMAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:ZhangXiaoqinAdvisor:WangYongSchool:SchoolofInformationandSoftwareEngineering万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以

3、标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签

4、名：日期：年月日万方数据摘要摘要虚拟手术是将计算机图形学、虚拟现实、仿真技术、人机交互、现代医学等多个学科融合在一起的新学科。虚拟仿真手术用到多个领域的知识，并将这些技术融合在一起，根据实际手术操作和手术环境，利用虚拟现实技术进行模拟，提供一个虚拟的手术环境。医生可以通过仿真手术系统做实验，对手术流程更加熟悉。学生可以通过仿真手术系统进行训练，降低了训练成本，因为传统的训练方式一般是使用人造模型、尸体、动物模拟等，训练成本高，且资源稀少。虚拟手术系统会给使用者提供多通道的反馈，使用者可以获得逼真体验。对于使用者来说，虚拟手术系统可完成的不只是训练功能，还可根据实

5、际环境的数据对手术参数进行设定，在模拟环境中进行手术试验，风险预测，流程设计，手术流程优化等。但是，许多虚拟手术系统的研发往往局限于特定的手术场景和操作方式，缺乏整体性的规划分析，系统的通用性和扩展能力较弱，不能满足医院多种类型的手术需求，重复开发问题严重。本文设计和实现了一款具备通用性的虚拟手术系统，首先通过实际的工作调研和同类软件的功能分析，我们从功能和性能两个方面定义了系统的需求，给出了系统工作的基本流程。在系统设计和实现部分，我们分析了虚拟手术系统的物理架构，内部逻辑结构和功能架构，具体的，系统采用C/S结构，在MFC框架下进行开发；系统的核心功能包括：

6、模型管理、场景管理、行为引擎、场景渲染和交互界面5大部分，他们分别为虚拟手术的运行提供了底层数据、运算逻辑、协调和记录以及用户交互；接下来，论文详细阐述了基于VegaPrime的生物器官建模，基于层次包围盒方法的碰撞检测技术，基于PHANToM的虚拟力反馈技术和基于FSM和XML的行为引擎的设计和实现。在论文最后，我们对系统进行了整体测试并对测试结果进行了分析。关键词：手术仿真，MFC，行为引擎，碰撞检测，虚拟力反馈I万方数据ABSTRACTABSTRACTVirtualsurgeryisadevelopingresearchtrendwhichinoscula

7、tedvirtualrealitytechnologyandmodernmedicine.Virtualsurgeryresearchingconsistscomputertechnology,computergraphics，medicine，biomechanics，computervision，imageprocessing,artificialintelligenceandsoon.Virtualsurgerysystemprovidesavirtualsurgeryenvironmentforsurgeonswhocanmakeoperationsin

8、theenvironme