本文關(guān)鍵詞：虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中基于粒子系統(tǒng)的流血模型研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著各國(guó)學(xué)者對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷研究,該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。虛擬手術(shù)系統(tǒng)作為該技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育方面的一項(xiàng)重要應(yīng)用,不但能夠?yàn)閷?shí)習(xí)醫(yī)生提供手術(shù)訓(xùn)練平臺(tái),還能為外科手術(shù)醫(yī)生提供手術(shù)方案制定以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的平臺(tái)。因此,許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者都為能夠模擬一個(gè)非常逼真的虛擬手術(shù)環(huán)境而進(jìn)行了大量的研究。而在手術(shù)過程中,組織器官的流血是不可避免的。在虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中加入流血模型不僅能夠提高虛擬環(huán)境的逼真度,而且還能鍛煉實(shí)習(xí)醫(yī)生處理術(shù)中出血的能力。本文通過闡述系統(tǒng)中與流血模型相關(guān)的模塊、血液流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)仿真及血液的表面渲染等方面,對(duì)腦外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的流血模型進(jìn)行了分析與研究。具體內(nèi)容安排如下:首先,本文分析了腦外科虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中與流血模型相關(guān)的模塊,其中包括力反饋設(shè)備及其驅(qū)動(dòng)、碰撞檢測(cè)、抽吸模型等。通過對(duì)本章的闡述,從系統(tǒng)角度說明了流血模型的實(shí)現(xiàn)過程。然后,本文研究了流血模型的動(dòng)力學(xué)模擬方法——光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)。該方法在進(jìn)行初始化之后,首先搜索出每個(gè)粒子的鄰近點(diǎn),然后逐個(gè)算出該粒子的密度、壓強(qiáng)、壓力、粘滯力,通過計(jì)算該粒子所受合力,得出其在下一幀所處的位置。為了解決該方法在腦外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)性及占用內(nèi)存過多的問題,通過引入空間網(wǎng)格搜索鄰近點(diǎn)法和高度場(chǎng)法,提出了一種改進(jìn)的快速光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法,改進(jìn)后的方法能夠在保證逼真度的前提下,實(shí)現(xiàn)了對(duì)腦部血液流動(dòng)的實(shí)時(shí)仿真。在完成動(dòng)力學(xué)仿真之后,還需對(duì)粒子形成的血液表面進(jìn)行渲染。本文采用了一種速度較快且易于實(shí)現(xiàn)的表面重建方法——移動(dòng)立方體法。該方法通過計(jì)算等值面提取出接近液面的立方體,然后通過線性插值方法找出需要繪制的三角面片的頂點(diǎn)位置。為了保證該方法在腦外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中進(jìn)行血液渲染的實(shí)時(shí)性,提出了一種粒子鄰近立方體判斷的方法取代了原方法中對(duì)所有立方體逐個(gè)判斷的方法,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)血液的實(shí)時(shí)渲染。此外,通過引入紋理映射算法,在一定程度上提高了血液表面渲染的逼真度。最后,對(duì)上述相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和討論。
【關(guān)鍵詞】：虛擬手術(shù) 流血模型 光滑粒子流體動(dòng)力學(xué) 移動(dòng)立方體算法
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R319;TP391.9
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題研究背景及意義9-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)14-16
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)15-16
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)16-17
• 第二章 虛擬手術(shù)系統(tǒng)框架17-28
• 2.1 引言17
• 2.2 力反饋設(shè)備介紹及其驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)17-22
• 2.2.1 Phantom Omni介紹17-19
• 2.2.2 Phantom Omni驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)19-21
• 2.2.3 自主開發(fā)力反饋設(shè)備介紹及驅(qū)動(dòng)編程21-22
• 2.3 碰撞檢測(cè)22-25
• 2.3.1 八叉樹的建立22-24
• 2.3.2 碰撞檢測(cè)24-25
• 2.4 抽吸模型介紹25-26
• 2.5 小結(jié)26-28
• 第三章 光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)理論及其實(shí)現(xiàn)28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 SPH算法的理論分析28-35
• 3.2.1 SPH的基本原理28-31
• 3.2.2 通過SPH方法求解Navier-Stokes方程31-35
• 3.2.2.1 Navier-Stokes方程31
• 3.2.2.2 壓力產(chǎn)生的加速度31-32
• 3.2.2.3 粘滯力產(chǎn)生的加速度32-33
• 3.2.2.4 外力33
• 3.2.2.5 核函數(shù)的選擇33-35
• 3.3 虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中SPH算法的實(shí)現(xiàn)35-41
• 3.3.1 SPH算法的實(shí)現(xiàn)36-38
• 3.3.2 空間網(wǎng)格鄰近點(diǎn)搜索法38-39
• 3.3.3 高度場(chǎng)的建立39-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 流血模型中血液的表面渲染方法42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 Marching Cubes算法42-47
• 4.3 各向異性核算法介紹47-49
• 4.4 表面重建中的紋理映射49-51
• 4.5 OPENGL混合方法51-52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析53-59
• 5.1 引言53
• 5.2 仿真軟硬件硬件平臺(tái)53
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果53-57
• 5.3.1 SPH算法計(jì)算效率53-54
• 5.3.2 粒子的直接渲染效果及其數(shù)據(jù)分析54-55
• 5.3.3 Open GL混合渲染效果及其數(shù)據(jù)分析55-56
• 5.3.4 Marching Cubes渲染效果及其數(shù)據(jù)分析56-57
• 5.4 本章小結(jié)57-59
• 第六章 結(jié)論與展望59-61
• 6.1 本文工作總結(jié)59
• 6.2 后續(xù)工作展望59-61
• 攻讀碩士期間參加的科研實(shí)踐及發(fā)表論文61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-65

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 熊岳山;徐凱;王彥臻;譚珂;郭光友;;虛擬膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[J];國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào);2007年01期

2 孫偉;張彩明;楊興強(qiáng);;Marching Cubes算法研究現(xiàn)狀[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2007年07期

3 張鎖春;光滑質(zhì)點(diǎn)流體動(dòng)力學(xué)（SPH）方法（綜述）[J];計(jì)算物理;1996年04期

  本文關(guān)鍵詞：虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中基于粒子系統(tǒng)的流血模型研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：317224