基于最小子集法和空間一致性搜索的切割仿真.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)相關(guān)科學(xué)的飛速發(fā)展，仿真技術(shù)被應(yīng)用于社會(huì)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。手術(shù)仿真是仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的實(shí)踐應(yīng)用，涵蓋了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、機(jī)器人學(xué)、生物力學(xué)等技術(shù)。人體軟組織的切割仿真是手術(shù)仿真中的重要功能模塊之一，綜合了手術(shù)仿真的幾何建模、物理建模、碰撞檢測和幾何模型重構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)。切割仿真目標(biāo)是模擬軟組織在手術(shù)器械的作用下發(fā)生切割和軟組織形變的過程。 本文主要完成了以下研究工作： 1)建立軟組織幾

2、何模型。幾何模型是手術(shù)仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其建立過程一般采用已有的幾何建模算法或封裝此類算法的應(yīng)用軟件。由于目前醫(yī)學(xué)圖像輪廓線自動(dòng)提取方法還不能滿足仿真系統(tǒng)的需要，因此必須通過人工干預(yù)半自動(dòng)完成提取。幾何建模軟件Amira集成了流行的圖像邊緣檢測方法，同時(shí)能夠按照仿真系統(tǒng)和用戶的需要調(diào)整輪廓，比較適合仿真系統(tǒng)幾何模型的建立。本文以人體切片圖像為數(shù)據(jù)源采用此軟件建立了腹腔的幾何模型。 2)空間一致性搜索碰撞檢測方法設(shè)計(jì)。在切割仿真中，系

3、統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崟r(shí)判斷刀具和組織模型的位置關(guān)系，及時(shí)的記錄交點(diǎn)信息并判斷是否發(fā)生切割。本文采用的空間一致性搜索方法利用了系統(tǒng)中幾何模型元素(頂點(diǎn)、邊、面和四面體)之間的鄰接關(guān)系，能夠顯著提高復(fù)雜模型的碰撞檢測效率。@@ 3)采用最小子集法實(shí)現(xiàn)四面體單元分裂。體模型的切割仿真一般通過四面體的移除或分裂來實(shí)現(xiàn)。四面體的分裂有多種方法，其實(shí)現(xiàn)的簡易性和仿真效果的真實(shí)性呈消長關(guān)系。本文選擇了兩者兼顧的最小子集法作為四面體分裂的方法。 本