本文關(guān)鍵詞：神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中三維建模及人機交互技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《電子科技大學(xué)》 2008年

神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中三維建模及人機交互技術(shù)研究

王志剛  

【摘要】： 本文主要研究了神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的三維建模及人機交互技術(shù)。神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)和圖形圖像處理技術(shù)在神經(jīng)外科醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要應(yīng)用,涉及到虛擬現(xiàn)實、計算機圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、神經(jīng)外科手術(shù)等多種學(xué)科,是一個多學(xué)科交叉的新興領(lǐng)域。神經(jīng)外科手術(shù),特別是腦部的神經(jīng)外科手術(shù),具有錯綜復(fù)雜、神經(jīng)組織密集、操作空間狹小等特點,任何損傷都可能帶來嚴重的并發(fā)癥甚至死亡。而神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)能提供較理想的手術(shù)模擬效果和教學(xué)環(huán)境,它必然會對臨床教學(xué)、手術(shù)計劃的制定、手術(shù)成功率的提高發(fā)揮巨大的推動作用,因此,對它的研究具有重要的學(xué)術(shù)意義和廣闊的應(yīng)用前景。 本文針對神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。首先,建立了神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)所需要的三維模型:虛擬顱腦模型、虛擬手術(shù)室模型、虛擬手模型。虛擬顱腦模型利用VTK可視化工具包中體繪制三維重建算法建立,能夠比較真實地表現(xiàn)人頭顱的基本結(jié)構(gòu);利用3DS MAX建立的虛擬手術(shù)室模型具有逼真的深度感和空間感,醫(yī)師進行虛擬操作時可以產(chǎn)生身臨其境的感覺;基于OpenGL建立的虛擬手模型充分考慮了系統(tǒng)的交互需求,并兼顧了人手的生理和物理特性,能夠滿足神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)的基本需要。在建立虛擬手模型的同時,本文還研究了當(dāng)前主要的面向OpenGL應(yīng)用的三維建模技術(shù),針對這些技術(shù)分別做了建立虛擬手模型的實驗,分析了它們各自的優(yōu)缺點以及適用場合,提出了針對虛擬手術(shù)的建模思想。 本文提出了新的虛擬手抓取判定規(guī)則,以解決現(xiàn)有判定規(guī)則或繁或簡,不適用于神經(jīng)外科虛擬手術(shù)的缺點,盡可能使得虛擬手的抓取動作協(xié)調(diào)、真實、自然,同時充分考慮神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)人機交互的實時性要求,滿足系統(tǒng)的交互需要。同時本文還分析了虛擬手常規(guī)的抓取過程,提出了相應(yīng)的抓取算法。 碰撞檢測是虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的研究重點,精確的碰撞檢測對提高虛擬環(huán)境的真實性、增加虛擬環(huán)境的沉浸性具有十分重要的作用。本文研究了虛擬手抓取過程中的碰撞檢測算法,并結(jié)合現(xiàn)有的成熟碰撞檢測庫ColDet提出了針對本課題的碰撞檢測算法。最后,基于上面所研究成果,實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)手套的基本的虛擬交互操作。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TP391.9
【目錄】：

摘要4-5

Abstract5-10

第一章 緒論10-18

1.1 課題背景和研究意義10-11

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13

1.3 課題的內(nèi)容及本文的主要工作與創(chuàng)新點13-17

1.3.1 課題的內(nèi)容13-16

1.3.2 本文的主要工作與創(chuàng)新點16-17

1.4 論文的章節(jié)安排17

1.5 本章小結(jié)17-18

第二章 神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)18-39

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)18-27

2.1.1 概述18-19

2.1.2 發(fā)展簡史19-20

2.1.3 技術(shù)特征20-23

2.1.4 系統(tǒng)組成及分類23-26

2.1.5 應(yīng)用26-27

2.2 人機交互技術(shù)27-28

2.3 神經(jīng)外科虛擬手術(shù)28-29

2.4 三維建模軟件29-38

2.4.1 3DS MAX29-31

2.4.2 VTK31-32

2.4.3 OpenGL32-38

2.5 本章小結(jié)38-39

第三章 神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中三維建模技術(shù)研究39-53

3.1 虛擬顱腦模型的建立39-40

3.1.1 建模流程39-40

3.1.2 建模結(jié)果40

3.2 虛擬手術(shù)室模型的建立40-42

3.2.1 建模步驟40-41

3.2.2 建模結(jié)果41-42

3.3 面向 OpenGL 應(yīng)用的建模技術(shù)研究42-51

3.3.1 基于OpenGL 的建模技術(shù)42-46

3.3.2 基于專業(yè)建模工具的直接讀取建模技術(shù)46-48

3.3.3 基于專業(yè)建模工具的轉(zhuǎn)換建模技術(shù)48-51

3.3.4 實驗結(jié)論51

3.4 虛擬手術(shù)系統(tǒng)的建模思想51-52

3.5 本章小結(jié)52-53

第四章 神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中人機交互技術(shù)研究53-74

4.1 虛擬手的動作實現(xiàn)53-60

4.1.1 抓取動作53-59

4.1.2 釋放動作59-60

4.2 抓取判定60-63

4.2.1 抓取判定規(guī)則60-61

4.2.2 抓取過程61

4.2.3 抓取算法61-63

4.3 碰撞檢測63-67

4.3.1 碰撞檢測介紹63-64

4.3.2 碰撞檢測算法64-65

4.3.3 碰撞檢測庫65-67

4.4 數(shù)據(jù)手套和虛擬手的關(guān)聯(lián)67-70

4.4.1 數(shù)據(jù)手套68

4.4.2 數(shù)據(jù)手套的校準68-69

4.4.3 數(shù)據(jù)的獲取69-70

4.5 虛擬交互操作的實現(xiàn)70-73

4.5.1 類的設(shè)計70-72

4.5.2 功能實現(xiàn)72-73

4.6 本章小結(jié)73-74

第五章 總結(jié)與展望74-76

致謝76-77

參考文獻77-81

個人簡歷及碩士期間發(fā)表的論文81-82

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6 姜斐;熊岳山;譚珂;郭光友;;基于小波分析的卡爾曼濾波校正方法[A];'2006系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2006年

7 黃鵬飛;顧力栩;張靜思;宋佳思;鄒巖巖;;虛擬手術(shù)中腎臟與血管案例的形變建模及切割縫合仿真[A];中國圖學(xué)新進展2007——第一屆中國圖學(xué)大會暨第十屆華東六省一市工程圖學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集[C];2007年

8 郁松;樊曉平;廖志芳;;3D虛擬現(xiàn)實內(nèi)鏡手術(shù)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的研究[A];中國自動化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會D卷[C];2011年

9 王丹;謝叻;金丹;趙志球;姜曉銳;黎建偉;裴國獻;;基于UG和Mimics的股骨骨折三維虛擬手術(shù)研究[A];第七屆全國創(chuàng)傷學(xué)術(shù)會議暨2009海峽兩岸創(chuàng)傷醫(yī)學(xué)論壇論文匯編[C];2009年

10 余海波;黃玉華;楊海韻;陳志維;劉效仿;潘國銓;;數(shù)字虛擬技術(shù)在髖關(guān)節(jié)外科中的應(yīng)用[A];中華中醫(yī)藥學(xué)會骨傷分會第四屆第三次學(xué)術(shù)年會暨國家中醫(yī)藥管理局“十一五”重點�？疲▽２。┙ㄔO(shè)骨傷協(xié)作組經(jīng)驗交流會論文匯編[C];2008年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 記者 付雪;[N];大慶日報;2010年

2 通訊員 高翔　黃偉;[N];長江日報;2010年

3 本報記者 王握文 本報特約通訊員 劉少華;[N];解放軍報;2005年

4 孫剛;[N];解放日報;2008年

5 卜博 周定標(biāo);[N];健康報;2005年

6 中國建設(shè)教育協(xié)會 張明;[N];中國電腦教育報;2006年

7 池晴佳;[N];科技日報;2008年

8 記者 吳熹;[N];中國技術(shù)市場報;2011年

9 本報記者 馮建華 潘啟雯 王建峰 呂莎 實習(xí)記者 陳靜;[N];中國社會科學(xué)報;2009年

10 誠夫/編譯;[N];中國信息報;2000年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張峰峰;機器人輔助骨科虛擬手術(shù)系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

2 高永輝;虛擬手術(shù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2011年

3 李艷波;虛擬手術(shù)中軟組織建模與碰撞檢測方法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

4 郁松;3D虛擬現(xiàn)實內(nèi)鏡手術(shù)仿真關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2011年

5 王征;虛擬手術(shù)中的軟組織形變仿真算法研究[D];東南大學(xué);2006年

6 朱新勇;肝臟及其內(nèi)部血管64排螺旋CT掃描數(shù)據(jù)三維重建及虛擬手術(shù)研究[D];第一軍醫(yī)大學(xué);2007年

7 唐震;CT三維表面重建輔助頜面部整形手術(shù)系統(tǒng)的研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2004年

8 顧澤旭;基于CT三維重建的正頜外科診斷分析手術(shù)模擬及術(shù)后預(yù)測系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2006年

9 林科燦;肝臟三維重建及虛擬肝臟手術(shù)規(guī)劃臨床應(yīng)用的研究[D];福建醫(yī)科大學(xué);2008年

10 張圃;數(shù)字化頜面骨整形重建外科的初步研究[D];中國人民解放軍軍醫(yī)進修學(xué)院;2004年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃磊;頜骨虛擬手術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)與可用性研究[D];西北大學(xué);2010年

2 徐飛;虛擬手術(shù)培訓(xùn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京理工大學(xué);2010年

3 王莉娟;虛擬手術(shù)力反饋人機交互控制系統(tǒng)研究[D];上海交通大學(xué);2010年

4 黃雷;虛擬手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)中手術(shù)場景的模擬及系統(tǒng)集成[D];上海交通大學(xué);2010年

5 侯錦蓉;面向虛擬手術(shù)的碰撞檢測算法研究[D];中南大學(xué);2010年

6 劉梅;虛擬手術(shù)中軟組織切割變形仿真研究[D];山東大學(xué);2010年

7 邵剛;顱面部螺旋CT掃描數(shù)據(jù)三維重建及虛擬手術(shù)研究[D];青島大學(xué);2010年

8 徐鵬宇;正頜外科虛擬手術(shù)計劃系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];東南大學(xué);2004年

9 張青;虛擬手術(shù)中人體軟組織變形仿真[D];青島大學(xué);2003年

10 段寶山;虛擬手術(shù)中的幾何建模[D];青島大學(xué);2005年

  本文關(guān)鍵詞：神經(jīng)外科虛擬手術(shù)系統(tǒng)中三維建模及人機交互技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：146477