虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種交叉型技術(shù),它融合了計算機(jī)圖形學(xué)、多媒體、人機(jī)交互以及網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù),廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域。近年來虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展迅速,同時也為醫(yī)療行業(yè)開辟了新的發(fā)展方向,由該技術(shù)開發(fā)的虛擬手術(shù)系統(tǒng)能夠很好的實現(xiàn)對各種微創(chuàng)手術(shù)以及復(fù)雜的外科手術(shù)的重復(fù)訓(xùn)練,對一些操作難度較高的手術(shù)也能實現(xiàn)術(shù)前導(dǎo)航。本文的主要研究內(nèi)容如下:（1）依據(jù)胸腔鏡肺葉切除術(shù)（VASTL）的手術(shù)流程,對本套交互仿真系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行分析,明確了對肺部可視化、肺部軟體變形、肺部切割及縫合等進(jìn)行仿真研究的主要內(nèi)容,進(jìn)行了系統(tǒng)的整體設(shè)計和系統(tǒng)平臺、軟硬件功能組件的選型與構(gòu)建。（2）對目前常用的幾種三維重建算法進(jìn)行了分析,深入研究了本套交互仿真系統(tǒng)使用的MC（Marching Cube）三維重建算法,并使用該算法對肺部進(jìn)行了三維重建。針對MC算法在重建肺部過程中存在大量空檢測循環(huán)、重建的模型表面粗糙等缺陷進(jìn)行優(yōu)化,并使用GPU的并行加速技術(shù)來提升算法執(zhí)行的效率。（3）對目前常用的幾種軟體變形算法進(jìn)行分析,并從算法的穩(wěn)定性、運行效率以及應(yīng)用范圍等幾個方面進(jìn)行比較,選定綜合優(yōu)勢較高的PBD（Position Based Dy... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 課題研究的目的、背景及意義
    1.3 相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.4 課題主要研究內(nèi)容
第2章 胸腔鏡肺葉切除術(shù)交互仿真系統(tǒng)需求分析及整體設(shè)計
    2.1 胸腔鏡肺葉切除術(shù)流程分析
    2.2 系統(tǒng)功能需求分析
    2.3 系統(tǒng)的整體設(shè)計
    2.4 系統(tǒng)軟硬件平臺的構(gòu)建
        2.4.1 系統(tǒng)的基本配置
        2.4.2 軟件模塊設(shè)計
        2.4.3 交互組件的設(shè)計
            2.4.3.1 操作平臺的設(shè)計
            2.4.3.2 基于OpenHaptics的力的交互設(shè)計
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于MC算法的肺部三維重建
    3.1 三維重建算法簡介
        3.1.1 體繪制算法
        3.1.2 面繪制算法
    3.2 Marching Cube算法研究
    3.3 基于MC算法的肺部三維重建的實現(xiàn)
        3.3.1 數(shù)據(jù)來源以及等值面的提取
        3.3.2 肺部的三維重建
    3.4 MC算法優(yōu)化以及GPU加速
        3.4.1 快速尋找邊界立方體
        3.4.2 應(yīng)用重心法確定三角形頂點
        3.4.3 MC算法的GPU加速
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于PBD算法的肺部變形及切割縫合的實現(xiàn)
    4.1 軟體變形算法簡介
    4.2 PBD算法研究
        4.2.1 PBD基本算法
        4.2.2 約束種類
    4.3 基于PBD算法的肺部軟體變形的實現(xiàn)
        4.3.1 碰撞檢測
        4.3.2 肺部軟體變形
    4.4 基于PBD的肺部切割的實現(xiàn)
    4.5 基于PBD的肺部縫合的實現(xiàn)
        4.5.1 縫合線的仿真設(shè)計
        4.5.2 肺部縫合仿真的實現(xiàn)
    4.6 PBD算法GPU加速
    4.7 本章小結(jié)
第5章 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)仿真及結(jié)果分析
    5.1 Marching Cube重建肺部實驗
    5.2 肺部形變仿真實驗
    5.3 肺部切割仿真實驗
    5.4 肺部縫合仿真實驗
    5.5 實驗結(jié)果分析
    5.6 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及科研成果
攻讀碩士學(xué)位期間參與的項目


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 張益瑋.  通訊世界. 2018(09)
[2]虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 姚佳興.  中國新通信. 2018(05)
[3]二孔和三孔胸腔鏡手術(shù)診治胸部疾病的臨床研究[J]. 夏曉明,張亞鋒,施仁忠.  中國實用醫(yī)刊. 2017 (22)
[4]虛擬手術(shù)訓(xùn)練力覺交互技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢[J]. 戴金橋,俞阿龍,孫紅兵,徐寶國.  測控技術(shù). 2014(10)
[5]綜合使用CPU和GPU的實時手術(shù)仿真系統(tǒng)并行框架[J]. 賈世宇,潘振寬.  系統(tǒng)仿真學(xué)報. 2014(02)
[6]淺談CPU與GPU的融合[J]. 楊柳,劉鐵英.  科技與企業(yè). 2012(24)
[7]虛擬現(xiàn)實技術(shù)在手術(shù)培訓(xùn)中的應(yīng)用及展望[J]. 于德棟,沈國芳.  中華口腔醫(yī)學(xué)研究雜志(電子版). 2011(05)
[8]基于PHANTOM的虛擬手術(shù)系統(tǒng)的研究[J]. 何健,鮑蘇蘇,潘家輝.  計算機(jī)與現(xiàn)代化. 2011(06)
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[10]虛擬手術(shù)中的軟組織切割方法綜述[J]. 廖志芳,黃曉宇,郁松,樊曉平.  軟件導(dǎo)刊. 2010(08)

博士論文
[1]基于斷層圖象的幾何重建理論與技術(shù)研究[D]. 紀(jì)鳳欣.大連理工大學(xué) 2002

碩士論文
[1]高效可變形體實時仿真的研究與應(yīng)用[D]. 邢林西.電子科技大學(xué) 2016
[2]CPU與GPU混合虛擬化資源高效調(diào)度策略[D]. 王潤澤.上海交通大學(xué) 2015
[3]面向虛擬手術(shù)的軟體幾何建模和變形算法的研究[D]. 蔣玉娟.中南大學(xué) 2009
[4]基于力反饋的虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D]. 徐凱.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2005



本文編號：3055145