數(shù)字化建模及變形仿真技術的研究與應用.pdf

1、數(shù)字化建模技術是在計算機系統(tǒng)中采用虛擬的數(shù)字化模型對現(xiàn)實物體的幾何形狀、結(jié)構、性能等進行描述，廣泛地應用于虛擬制造、虛擬裝配、動畫等領域。變形仿真技術是利用計算機技術對物體受力變形的過程進行模擬，要求具有精確性和實時性，可以根據(jù)不同的應用領域合理的調(diào)節(jié)兩者的側(cè)重。這兩種技術的不斷成熟促成了一個新興領域——虛擬手術的飛速發(fā)展。
　　虛擬手術的出現(xiàn)給醫(yī)生帶來了更多的手術資源，更短的培訓周期和更低的培訓成本。由于活體組織的獲取極為困難，

2、角膜虛擬手術成為了當今虛擬手術領域中迫切需要發(fā)展研究的對象。
　　論文針對角膜虛擬手術，以幾何建模、物理建模、變形仿真技術為主線，研究實現(xiàn)角膜虛擬手術的關鍵技術。論文主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）研究了數(shù)字化建模及變形仿真技術，對角膜虛擬手術系統(tǒng)進行了總體設計，包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。
　?。?）綜合研究了角膜虛擬手術的關鍵技術：幾何建模技術；有限元模型、質(zhì)點彈簧模型等變形建模技術；歐拉算法、龍格庫塔算法等數(shù)值計算技術

3、；碰撞檢測技術；力反饋技術等。
　?。?）提出了個性化角膜幾何建模方法，根據(jù)角膜地形圖儀所得出的角膜表面精確三維點云數(shù)據(jù)來對角膜進行個性化幾何建模；在幾何模型的基礎上，采用改進的支撐球彈簧模型進行物理建模；利用適當?shù)奈锢矶杉皵?shù)值解法對其進行位移求解，實現(xiàn)變形仿真。
　?。?）采用AABB包圍盒算法和球包圍盒算法實現(xiàn)角膜與虛擬手術器械之間的初步和精確碰撞檢測；采用Falcon力反饋設備，實現(xiàn)角膜和虛擬手術器械之間的力覺反饋。