基于SPH及形状约束的血流实时仿真.pdf

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1、基于SPH及形状约束的血流实时仿真Real—TimeSimulationofBloodFlowBasedonSPHandShapeConstrain陈国栋。党琪琪。叶东文(摘要】针对采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法仿真血液流动时，由于求解Navier—Stokes方程福州大学物理与信息工程学院，福建粘滞力项的运算量大而很难实现实时性仿真的问题，本文提出了一种基于SPH及形状约束的血流福州350000实时仿真方法：首先确定血流仿真模型并将整个血流仿真系统离散为一个粒子系统，其次通过SPH方法求解血流控制方程求得血液的流体速度，然后

2、在SPH方法模拟流体的基础上通过形状约束算法控制血粒子的运动规律求得血液的固体速度，最后R~SPH方法求得的流体速度和形状约束算法求得的固体速度进行线性插值得到血粒子的实际速度，进而更新血粒子的位置信息并进行可视化处理，最终实现血液流动现象的实时性仿真。实验结果表明，该方法通过形状约束算法可以模拟出血液的粘性效果，避免了传统方法中的复杂计算过程，能够快速地模拟出血流效果，满足实时性要求。【关键词】光滑粒子流体动力学；粘滞力；形状约束；血流仿真；实时眭Abstract：WhenSmoothedParticleHydrodynamics

3、(SPH)wasdeployedtosimulatebloodflOW,thelargeamountofcomputationinsolvingtheviscoelasticitemofNavier-Stokes(N—S)equationsmadeitdificulttoachievereal-timesimulationofbloodflow．Inviewoftheproblem，thispaperproposedareal—timebloodflowsimulationmethodbasedonSPHandshapeconstr

4、ain．Firstly,thebloodflowsimulationmodelshouldbedeterminedandtheentirebloodsystemwastreatedasadiscreteparticlesystem．Then，thefluidspeedwasacquiredthroughsolvingthebloodflowcontrolequationswithdeploymentoftheSPHmethod．OnthebasisofSPHsimulationoffluid，theshapeconstraining

5、methodwasusedtocontrolthemovementofbloodparticlesSOastoobtainthesolidspeed．Finally,theactualspeedofbloodpanicleswereobtainedbylinearinterpolationofthefluidspeedandsolidspeedSOastoupdateandvisualizethepositionofbloodparticlesandrealizereal—timesimulationofbloodflow．Thee

6、xperimentalresultsshowedthatthealgorithmcouldsimulatetheviscosityeffectofbloodwithdeploymentofshapeconstraining，whichavoidedthecomplexcomputationprocessofthetraditionalmethods，achievedfastbloodflowsimulationresultsandmetthereal—timerequirements．Keywords：smoothedparticl

7、ehydrodynamics；viscousforce；shapeconstraining；simulationforbloodCHENGuo-dong，flow；real—timeDANGQi-qi，YEDong-wenSchoolofPhysicsandInformation[中图分类号]TP391．41【文献标志码]AEngineering，FuzhouUniversity,Fuzhoudoi：10．3969~．issn．1674-1633．2015．06．005Fujian350000，China[文章编号]1674—163

8、3(2015)06—0023—050。’几率。虚拟手术仿真系统是一个应用前景广阔的平台，它可以在避免病人参与的前提下为学生提供适当的培训环境，随着计算机图形处理技术的进步，虚拟手术仿真系统提高医学院学生的学习效率。成为外科医生临床实验