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《虛擬手術(shù)關(guān)鍵技術(shù)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、浙江大學(xué)博士學(xué)位論文虛擬手術(shù)關(guān)鍵技術(shù)研究姓名：閻麗霞申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)教師：石教英2001.1.1浙江大學(xué)搏士研究生學(xué)位論文摘要現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使得計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)滲透到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)便產(chǎn)生了虛擬手術(shù)系統(tǒng)。虛擬手術(shù)系統(tǒng)是一個(gè)融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感器技術(shù)、生物力學(xué)、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器人學(xué)、科學(xué)計(jì)算可視化等學(xué)科的多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域。虛擬手術(shù)系統(tǒng)的研究旨在為外科醫(yī)生提供可以反復(fù)使用的訓(xùn)練和模擬工具，可應(yīng)用于手術(shù)規(guī)劃、手術(shù)演練和進(jìn)一步的實(shí)際手術(shù)中，對(duì)先進(jìn)手術(shù)方式的推廣能
2、起到很好的促進(jìn)作用。)論文綜述了虛擬手術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成模塊。在此基礎(chǔ)上，對(duì)構(gòu)成虛擬手術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究和探象j在幾何建模方面，提出了基于四面體的分層次體模型重構(gòu)算法用于對(duì)象的幾何建模，在構(gòu)造研究對(duì)象幾何模型的同時(shí)，可得到基本體元的組織分類信息，且構(gòu)造過程基本不增加內(nèi)點(diǎn)。在物理建模方面，引入了基于軟組織生物力學(xué)特性的簡(jiǎn)化粘彈性物理模型，該模型充分考慮軟體的生物力學(xué)特性，在盡量減小計(jì)算復(fù)雜度的前提下，可更加真實(shí)地反映軟體在外力作用下的蠕變現(xiàn)象。在計(jì)算建模方面，應(yīng)用有限元算法于整體仿真過程變形求解，克服了彈簧振子模型的局限性，可獲得較高的計(jì)算精度和
3、穩(wěn)定的求解結(jié)果，且有機(jī)地結(jié)合了幾何模型和物理模型。在切割仿真方面，本文首先介紹了基于FDH層次包圍盒的碰撞檢測(cè)算法。對(duì)于切割等改變模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的仿真過程，分析了與虛擬器械發(fā)生碰撞的單元體的碰撞類型，給出了碰撞到的單元體的等效載荷計(jì)算方法，為切割后模型的變形提供了依據(jù)：分析切割過程中拓?fù)涓淖兦昂蟮哪Ｐ蛶缀侮P(guān)系，對(duì)有限元計(jì)算中單元矩陣的生成和整體矩陣的裝配進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)而有效地縮減了切割過程的計(jì)算時(shí)間，最大限度地利用了預(yù)計(jì)算的結(jié)果。在變形算法優(yōu)化計(jì)算方面，為了提高系統(tǒng)的交互速度，對(duì)現(xiàn)有有限元計(jì)算的優(yōu)化算法進(jìn)行分析，針對(duì)外力是否作用，分割模型為活動(dòng)區(qū)域和惰性區(qū)域
4、，提出了降低計(jì)算復(fù)雜度的優(yōu)化方法；利用變形計(jì)算中整體矩陣的稀疏性，應(yīng)用壓縮存儲(chǔ)方式，在矩陣的存儲(chǔ)和求解中節(jié)省了時(shí)間和空間：求解平衡方程時(shí)結(jié)合應(yīng)用無條件穩(wěn)定的Newmark法和增量法，在增大計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)的同時(shí)，充分利用每一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，引入運(yùn)動(dòng)平滑插值來保證變形過程的視覺連續(xù)陛，提高了視覺反饋帶寬。通過對(duì)有限元算法各個(gè)階段并行性的分析(如單元分析階段各單元矩陣計(jì)算的相對(duì)獨(dú)立性，方程形成及求解過程中的大型矩陣運(yùn)算的可并行性等)，運(yùn)用劃分原理等并行分析方法設(shè)計(jì)適合本系統(tǒng)的并行算法，來達(dá)到提高系統(tǒng)交互速度的目的。第i頁(yè)浙江大學(xué)博士研究生學(xué)位論文真實(shí)感繪制是仿
5、真中增強(qiáng)系統(tǒng)真實(shí)感的一個(gè)重要方面，結(jié)合模型生成方法，討論了立體紋理的生成方法和基于面繪制的立體紋理映射，可以較好地處理仿真過程中的幾何變形和拓?fù)涓淖?。在模型被切割時(shí)，通過紋理映射也可較好地表現(xiàn)切割面的圖像，增強(qiáng)了仿真過程的真實(shí)感。針對(duì)今后的研究工作，在視覺反饋的真實(shí)感實(shí)現(xiàn)之外，包含反饋力、觸覺反饋和運(yùn)動(dòng)反饋的力學(xué)反饋設(shè)備的加入必將為操作者提供更強(qiáng)的沉浸感；同時(shí)，結(jié)合我們系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)中的體會(huì)和現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，對(duì)以后的研究中需要進(jìn)一步深入研究的幾個(gè)方面做了一個(gè)簡(jiǎn)單的展望。4‘關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬手術(shù)對(duì)象建模有限元方法并行處理多線程技術(shù)＼真實(shí)感繪制、＼—————
6、————————————————————————————————一第ii頁(yè)AbstractWiththerapiddevelopmentofmodemscienceandtechnology,thecomputerapplication懿ldsarebecomingwiderandwider．VLrtualSurgeryisanapplicationofvirtualrealityinmodemrnedicille．Asaninterdisciplineresearchtopic，vimlalsurgeryincorporatestheresearches
7、aboutComputerScience，ComputerGraphics，SensorTechnology,Biomechanics，ModemMedicine，ImageProcessing，CompmerVision,RobotTechnology,ScientificComputingVisualization,etc．Theobjectofsurgerysimulationsystemresearchistoprovideareusableenvironmentforsurgerytrainingandplanning,andtOspreadth
8、enewsurgerymethods．Thisthesissurv
