虚拟手术中打结过程的研究与实现
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摘要
针对实习医生基本技能训练时难以真实地融入到手术环境中的问题,通过研究虚拟环境下缝合线的建模方法,实现了连续控制点的缝合线3D模型的建立及其位置变换过程,提出了一种基于球形包围盒的缝合线碰撞检测的算法,由此设计出一种适用于缝合线打结的虚拟仿真系统。本次研究的主体是缝合线,缝合线作为一种特殊的柔性体,其受力和形变的研究都有着其独特的特性,研究缝合线的相关特性,并针对这些特性设计出可以应用于虚拟手术的打结缝合的算法,是本次研究的主体内容。
从虚拟手术的整体来看,缝合线的建模是模型重构的内容,缝合线的受控运动属于力反馈设计与交互模块,而缝合线模型的碰撞检测又是属于碰撞检测模块的内容。在缝合线建模部分,先分析几何建模的过程,再分析物理建模的过程,然后到它们的交叉融合的部分,交叉建模的关键点在于物理建模对几何建模位置的确定作用。缝合线模型运动的过程主要是体现一个缝合线在受控情况下,实现其运动的过程,研究工作中实现了各种“力”的计算。缝合线的自碰撞检测主要是为了快速且准确地检测到打结过程中发生的自碰撞现象,并应用到缝合线受控运动的过程之中,以顺利地完成打结的具体操作。碰撞的内容是实现打结过程真实性和实时性的主要因素,也是打结仿真能否成功的关键。
It is difficult for medicine interns to truly integrate into the surgical environment in basic skill's training, through the researches on suture line modeling in virtual environment, succeed in establish the 3D model of suture with continuous control points and its position transformation process by studying the method of modeling suture in the virtual environment, propose a algorithm about collision detection of suture based on spherical bounding box, and thus to design a suitable suture knot virtual simulation system. Subjects of this study is the suture line, suture line as a special kind of flexible body, its force and deformation of the studies has its own unique characteristics, the relevant characteristics of sutures, and to design these features can be applied to virtual surgical suture knot algorithm, is the main content of this study.
From the whole virtual surgery, modeling suture is a model reconstruction, suture lines are force feedback controlled motion design and interactive modules, And collision detection of suture-model is the content of collision detection module. Suture line in the modeling section, the first analysis of geometric modeling process, the process of re-analysis of physical modeling and then to the part of their cross integration, cross-modeling is the key point of physical modeling to determine the location of the geometric modeling effect. Suture line model the process of movement of a suture line is mainly reflected in controlled circumstances, to realize their movement, the various "power" calculations is the focus of research work. Suture self collision detection is mainly to detect fast and ready to tie the course of collision phenomena, and applied to the suture line controlled the process of movement to successfully complete the specific operation knot. The contents of the collision process is to achieve authenticity and real-time knotting the main factors, and this is the key to the success of knotting.
从虚拟手术的整体来看,缝合线的建模是模型重构的内容,缝合线的受控运动属于力反馈设计与交互模块,而缝合线模型的碰撞检测又是属于碰撞检测模块的内容。在缝合线建模部分,先分析几何建模的过程,再分析物理建模的过程,然后到它们的交叉融合的部分,交叉建模的关键点在于物理建模对几何建模位置的确定作用。缝合线模型运动的过程主要是体现一个缝合线在受控情况下,实现其运动的过程,研究工作中实现了各种“力”的计算。缝合线的自碰撞检测主要是为了快速且准确地检测到打结过程中发生的自碰撞现象,并应用到缝合线受控运动的过程之中,以顺利地完成打结的具体操作。碰撞的内容是实现打结过程真实性和实时性的主要因素,也是打结仿真能否成功的关键。
It is difficult for medicine interns to truly integrate into the surgical environment in basic skill's training, through the researches on suture line modeling in virtual environment, succeed in establish the 3D model of suture with continuous control points and its position transformation process by studying the method of modeling suture in the virtual environment, propose a algorithm about collision detection of suture based on spherical bounding box, and thus to design a suitable suture knot virtual simulation system. Subjects of this study is the suture line, suture line as a special kind of flexible body, its force and deformation of the studies has its own unique characteristics, the relevant characteristics of sutures, and to design these features can be applied to virtual surgical suture knot algorithm, is the main content of this study.
From the whole virtual surgery, modeling suture is a model reconstruction, suture lines are force feedback controlled motion design and interactive modules, And collision detection of suture-model is the content of collision detection module. Suture line in the modeling section, the first analysis of geometric modeling process, the process of re-analysis of physical modeling and then to the part of their cross integration, cross-modeling is the key point of physical modeling to determine the location of the geometric modeling effect. Suture line model the process of movement of a suture line is mainly reflected in controlled circumstances, to realize their movement, the various "power" calculations is the focus of research work. Suture self collision detection is mainly to detect fast and ready to tie the course of collision phenomena, and applied to the suture line controlled the process of movement to successfully complete the specific operation knot. The contents of the collision process is to achieve authenticity and real-time knotting the main factors, and this is the key to the success of knotting.
引文
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