一种软组织形变的局部质点弹簧模型的实时动态生成方法
【专利摘要】本发明属于计算机图形学领域，具体地说是一种虚拟手术系统中模软组织形变的局部质点弹簧模型的实时动态生成方法。本发明定义一个用于选择局部区域的圆形拾取工具；根据需要，改变圆形拾取工具的位置和尺寸；将当前场景中的软组织模型投影至圆形拾取工具所在平面，根据投影模型和圆的位置关系，提取出位于圆形拾取工具区域内的顶点和三角形集合；再顶点集合的边界点分离出来；最后实时生成模型，并将边界点固定。该发明很大程度地提高了系统的实时性，为力觉反馈的实时更新奠定了基础。此外本发明的方法简单，速度快，可有效地用于虚拟手术系统的软组织形变仿真中。
【专利说明】一种软组织形变的局部质点弹簧模型的实时动态生成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于计算机图形学领域，具体地说是一种虚拟手术系统中模软组织形变的局部质点弹簧模型的实时动态生成方法。
【背景技术】
[0002]虚拟现实技术涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。
[0003]虚拟现实技术在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。传统手术训练使用人类的尸体、动物或橡胶人体模型作为训练对象，存在着诸多局限性，虚拟手术技术的出现成为解决此类问题的重要手段。这种手术训练系统能够对手术全过程进行训练，这将极大地提高外科手术的学习效率、降低手术训练成本。另外，在远距离遥控外科手术，复杂手术的计划安排，手术过程的信息指导，手术后果预测及改善残疾人生活状况，乃至新药研制等方面，虚拟现实技术都能发挥十分重要的作用。
[0004]在模拟虚拟手术系统中软组织形变过程的时候，通常使用的物理建模策略是质点一弹簧模型(简记为MSS)，质点一弹簧模型，顾名思义是基于虚拟质点及弹簧建立起来的一种物理模型。设质点数为n，其相应的弹簧连接数量与质点之间的连接数量一致。其中(I)是系统的形变微分方程:
【权利要求】
1.一种软组织形变的局部质点弹簧模型的实时动态生成方法，其特征在于: (1)获取当鼠标左键按下时，鼠标在屏幕坐标下的位置(X，y)，选取近侧裁剪平面Z=Zp为投影面，将屏幕坐标(X，y)变换为三维空间坐标(X，y, zp)，然后再以点(X，y, Zp)为中心、长度Rinit为半径，进行局部区域的圆形拾取，进行图形渲染，投影面即是透视投影中的近裁剪面Zp ; (2)定义拾取区域，动态更新拾取区域的位置和尺寸，设此时圆的中心为(^?^?，％)，半径为Rnew ； (3)将软组织模型的顶点投影至近裁剪平面zp，以判断投影后的顶点和步骤(2)中以(x_，ynM，zp)为中心、R_为半径的圆的位置关系:1)将软组织模型的全部顶点投影至屏幕坐标下，坐标为(Xi，yi; Zi) ;2)屏幕坐标下的坐标投影至近裁剪面zp，坐标分别为(xPi，yPi，zp)，遍历所有的点(xPi，yPi, zp)，根据软组织投影点和圆的位置关系，提取出位于圆内的点集和三角形集合，分别设为P和T ; (4)根据集合T中三角形的网格拓扑关系，从顶点集合P中分离出边界点集，设为集合B: O建立一个临时点数组Temp，并置为空； 2)对当前点的所有邻接三角网格上异于当前点的点进行判断:如果临时点数组Temp包含此点，则从临时点数组Temp中删除此点，否则,把此点加入到临时点数组Temp中； 3)检查临时点数组Temp,如果临时点数组Temp为空,则当前点为内点，否则为边界点，并且临时点数组Temp中的点是和当前点邻接的边界点； (5)对位于拾取区域内的三角形集合T，根据顶点之间的连接关系，实时生成局部质点弹簧模型，并将边界点集合B的顶点固定: 1)遍历顶点集合P，把P中的所有顶点添加至质点弹簧系统中； 2)遍历三角形集合T中的所有边，若当前边i尚未生成弹簧模型，则对该边添加弹簧，并设置当前边是否已加弹簧的标志位为true ； 3)遍历边界点集合B，并将B中的所有顶点固定。
【文档编号】G06T15/00GK103793552SQ201310697661
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】叶秀芬, 张建国, 王振华, 张元科, 郭亚博 申请人:哈尔滨工程大学