近年來隨著計算機技術的快速發(fā)展,在20世紀末出現(xiàn)了一項新的技術-虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality,VR）,且該技術被廣泛應用到了工業(yè)、醫(yī)學、娛樂和教育等多個領域,其中,在醫(yī)學領域中的一個重要應用就是虛擬手術仿真系統(tǒng)。在眾多虛擬手術仿真中,眼角膜虛擬仿真手術的研究是一大難點,由于手術部位的敏感性和脆弱性,因此對外科醫(yī)生進行術前培訓是非常必要的,目前國內(nèi)外眼角膜虛擬手術仿真系統(tǒng)的研究還比較少。本文針對眼角膜虛擬手術仿真系統(tǒng)的應用需求,重點進行了以下研究。提出了一種角膜混合變形模型與基于點的形變計算方法,該模型由角膜內(nèi)部的質點模型和角膜邊界的表面節(jié)點網(wǎng)格模型構成,通過基于位置的動力學方法來計算質點位移,進而求解角膜形變。在形變過程中為了保證模型的穩(wěn)定性,在模型中加入了體積約束條件。當虛擬手術工具觸碰到形變對象時,計算接觸力的大小,使用MLS方法計算每個質點的位移梯度,最終根據(jù)表面節(jié)點與內(nèi)部質點的幾何映射關系求出表面形變。實驗結果表明,該模型不僅能較好地模擬角膜的形變,而且在大的形變下具有比較好的穩(wěn)定性,不會產(chǎn)生失真現(xiàn)象。設計實現(xiàn)了一種層次包圍盒碰撞檢測方法,簡化了碰撞檢測過程,可... 

【文章來源】：山東科技大學山東省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２系統(tǒng)操作流程??Ｆｉｇ?１．２?Ｔｈｅ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??首先，我們結合網(wǎng)格結構和無網(wǎng)格方法構建一種混合模型

邊緣厚的結構，中心厚度約有０．５－０．６ｍｍ，邊緣厚度則約０．６－０．８ｍｍ。角膜從??前到后分為５層，分別為：上皮細胞層、前彈力層、基質層、后彈力層、內(nèi)皮細??胞層［２３－２５］。為了保證角膜的透明性，角膜上是沒有血管的。其幾何形狀如圖２．１所??麵??／?視神経乳鼐??／?？?、視賺??＿?ＩＳ絡瞬??圖２．１眼睛的結構??Ｆｉｇ?２．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｙｅ??角膜是一種黏彈性的軟組織，對角膜施加外力，角膜可產(chǎn)生形變。從生物力??學角度來看，我們可以把角膜近似為各項同性且均質的軟組織，因此，對角膜進??行建模時，可以考慮建立線彈性模型。??２．２幾何建模??幾何建模主要用于描述形變對象的文理、顏色以及表面的粗糙度等信息，三??維幾何建模技術是虛擬手術系統(tǒng)研究中的一個重要方面，它是虛擬手術仿真的基??礎。在虛擬手術環(huán)境中的所有操作都需要在重建出的器官的三維模型上進行。??簡單形變對象的建�？梢允褂茫校龋桑牵幕颍粒酰簦�?ＣＡＤ等相關的圖形庫和建模工??８??

Ｆｉｇ?２．２?Ｔｈｅ?ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｅｙｅ??幾何模型主要包含模型表面的節(jié)點的集合，以及節(jié)點之間的拓撲關系。使用??三維幾何建模方法建立眼球的模型，如圖２．２所示。其中前部網(wǎng)格比較密集的部位??是角膜部位，大約在眼球的簽１／６部分，后面網(wǎng)格較稀疏的為除角膜之外眼睛的其??他組織。幾何模型表面的節(jié)點數(shù)量和三角面片數(shù)量可根據(jù)計算需要進行調(diào)節(jié)和優(yōu)??化。??２．３物理建模??幾何建模是后面物理建模，然后才可以對模型進行計算操作，進而模擬相關??的形變和切割過程。目前的虛擬手術仿真模擬中主要采取質點彈簧方法、有限元??法和無網(wǎng)格法對形變對象進行物理建模。??２．３．１質點－彈簧模型??質點－彈簧模型（Ｍａｓｓ－Ｓｐｒｉｎｇ）普遍認為是將物體的質量離散到一個個的質點??上，然后這些帶有質量的質點之間再使用彈簧連接來表現(xiàn)物體彈力、阻尼力等物??９??


本文編號：3408856