虚拟手术系统中形变物体的实时模拟系统

摘要

一个虚拟手术系统中的实时模拟软组织物体形变系统，属于图形处理技术领域。本发明中：边界元模块首先为形变物体建立物理模型，划分物体表面网格单元，对边界积分方程进行离散化并求解出每个网格单元的形变向量。形状匹配模块根据划分好的网格单元，对每一个网格单元的形变位置和初始位置建立一一映射关系，根据网格单元的位置和物体材料属性建立运动学方程，计算物体的形变回复形状。有限状态机在软组织物体形变过程中，对物体的受力状态进行分析，并通过基本状态之间的切换来控制当前使用的形变运算模块。本发明实现了在交互式系统中实时并且精确对软组织形变进行模拟，特别是虚拟手术系统中手术器械与软组织交互变得更精确，更快速。

主权项

1、一种虚拟手术系统中形变物体的实时模拟系统，其特征在于，包括：边界元模块、形状匹配模块、有限状态机，其中：边界元模块和形状匹配模块共同模拟软组织物体的形变，有限状态机分析物体的受力状态并且切换形变的计算模式，其中：所述边界元模块首先为形变物体建立物理模型，划分物体表面网格单元，对边界积分方程进行离散化并求解出每个网格单元的形变向量；边界元模块是形变模拟系统中负责系统精确性的模块，它由有限状态机在需要精确形变模拟的情况下进行调用，并接受形变物体的当前的空间信息作为输入信息，通过模块中的偏微分方程处理和形变向量计算，对形变物体进行精确模拟；所述形状匹配模块根据划分好的网格单元，对每一个网格单元的形变位置和初始位置建立一一映射关系，根据网格单元的位置和物体材料属性建立运动学方程，计算物体的形变回复形状；形状匹配处理模块是形变模拟系统中负责系统实时性的模块，它由系统状态机在不需要精确形变模拟的情况下进行调用，并接受形变物体的当前位置状态作为输入信息，通过模块中的点集映射和运动模拟处理，对形变物体进行实时处理；所述有限状态机在软组织物体形变过程中，对物体的受力状态进行分析，并通过基本状态之间的切换来控制当前使用的边界元模块和形状匹配模块，有限状态机通过调用边界元模块，把系统的当前状态输入该模块中进行形变的精确计算，在系统资源不足或者需要交互性很高的情况下，有限状态机切换到形状匹配模块，以该模块的对内存和CPU的低消耗来实现实时性的特点。