虛擬手術碰撞檢測問題的研究.pdf

1、現代科學技術的飛速發(fā)展使得計算機應用技術滲透到社會生活的各個領域，虛擬現實系統(tǒng)結合現代醫(yī)學便產生了虛擬手術系統(tǒng)。虛擬手術系統(tǒng)的研究旨在為外科醫(yī)生提供可以反復使用的訓練和模擬工具，可應用于手術規(guī)劃、手術演練和進一步的實際手術中，對先進手術方式的推廣能起到很好的促進作用。 虛擬手術中的基本問題包括三維重建、碰撞檢測、組織變形等，其中碰撞檢測是關鍵技術之一。實時而精確的碰撞檢測對于提高虛擬環(huán)境的真實性及增強其沉浸感具有重要的作用。傳統(tǒng)

2、的碰撞檢測方法主要有層次包圍盒法和空間分解法，都是盡可能地減少參與相交測試的基本幾何元素的數目，從而大大提高碰撞檢測的效率。但是這兩種方法都不能滿足虛擬手術實時性的需要。 本文對幾種包圍盒算法進行了研究和比較，結果表明k-DOPs包圍盒生成速度更快，需要存儲空間更小。但是包圍盒樹的生成速度嚴重影響了碰撞檢測算法的實時性。基于這種現狀，本文又進一步研究了基于圖像空間碰撞檢測算法，該算法使用顯示設備的幀緩存技術，避免了生成包圍盒樹的

3、過程。本文在基于圖像空間的碰撞檢測算法的基礎上加以改進，利用k-DOPs包圍盒做最初的碰撞判斷，使用加速渲染算法在硬件緩存上繪制物體，避免了物體反復繪制，更有效地改善了實時性。最后提出了將層次包圍盒算法和基于圖像空間算法相結合的新的碰撞檢測算法。選擇k-DOPs作為包圍盒，包圍盒樹為完全二叉樹，搜索樹的方式也進行了改變，并且采用了三角形帶加速技術。使得新算法具有層次包圍盒和基于圖像空間算法的共同優(yōu)點本文在VTK開發(fā)平臺上實現了各種包圍盒