神經(jīng)外科虛擬手術系統(tǒng)中三維建模及人機交互技術研究.pdf

1、本文主要研究了神經(jīng)外科虛擬手術系統(tǒng)中的三維建模及人機交互技術。神經(jīng)外科虛擬手術系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實技術和圖形圖像處理技術在神經(jīng)外科醫(yī)學領域的重要應用，涉及到虛擬現(xiàn)實、計算機圖形學、數(shù)字圖像處理、神經(jīng)外科手術等多種學科，是一個多學科交叉的新興領域。神經(jīng)外科手術，特別是腦部的神經(jīng)外科手術，具有錯綜復雜、神經(jīng)組織密集、操作空間狹小等特點，任何損傷都可能帶來嚴重的并發(fā)癥甚至死亡。而神經(jīng)外科虛擬手術系統(tǒng)能提供較理想的手術模擬效果和教學環(huán)境，它必然會對臨

2、床教學、手術計劃的制定、手術成功率的提高發(fā)揮巨大的推動作用，因此，對它的研究具有重要的學術意義和廣闊的應用前景。 本文針對神經(jīng)外科虛擬手術系統(tǒng)的關鍵技術進行了研究。首先，建立了神經(jīng)外科虛擬手術系統(tǒng)所需要的三維模型：虛擬顱腦模型、虛擬手術室模型、虛擬手模型。虛擬顱腦模型利用VTK可視化工具包中體繪制三維重建算法建立，能夠比較真實地表現(xiàn)人頭顱的基本結構；利用3DSMAX建立的虛擬手術室模型具有逼真的深度感和空間感，醫(yī)師進行虛擬操作時

3、可以產(chǎn)生身臨其境的感覺；基于OpenGL建立的虛擬手模型充分考慮了系統(tǒng)的交互需求，并兼顧了人手的生理和物理特性，能夠滿足神經(jīng)外科虛擬手術系統(tǒng)的基本需要。在建立虛擬手模型的同時，本文還研究了當前主要的面向OpenGL應用的三維建模技術，針對這些技術分別做了建立虛擬手模型的實驗，分析了它們各自的優(yōu)缺點以及適用場合，提出了針對虛擬手術的建模思想。 本文提出了新的虛擬手抓取判定規(guī)則，以解決現(xiàn)有判定規(guī)則或繁或簡，不適用于神經(jīng)外科虛擬手術的

4、缺點，盡可能使得虛擬手的抓取動作協(xié)調(diào)、真實、自然，同時充分考慮神經(jīng)外科虛擬手術系統(tǒng)人機交互的實時性要求，滿足系統(tǒng)的交互需要。同時本文還分析了虛擬手常規(guī)的抓取過程，提出了相應的抓取算法。 碰撞檢測是虛擬現(xiàn)實領域的研究重點，精確的碰撞檢測對提高虛擬環(huán)境的真實性、增加虛擬環(huán)境的沉浸性具有十分重要的作用。本文研究了虛擬手抓取過程中的碰撞檢測算法，并結合現(xiàn)有的成熟碰撞檢測庫ColDet提出了針對本課題的碰撞檢測算法。最后，基于上面所研究成