虛擬手術(shù)碰撞檢測(cè)問(wèn)題的研究.pdf

1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使得計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)滲透到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)便產(chǎn)生了虛擬手術(shù)系統(tǒng)。虛擬手術(shù)系統(tǒng)的研究旨在為外科醫(yī)生提供可以反復(fù)使用的訓(xùn)練和模擬工具，可應(yīng)用于手術(shù)規(guī)劃、手術(shù)演練和進(jìn)一步的實(shí)際手術(shù)中，對(duì)先進(jìn)手術(shù)方式的推廣能起到很好的促進(jìn)作用。 虛擬手術(shù)中的基本問(wèn)題包括三維重建、碰撞檢測(cè)、組織變形等，其中碰撞檢測(cè)是關(guān)鍵技術(shù)之一。實(shí)時(shí)而精確的碰撞檢測(cè)對(duì)于提高虛擬環(huán)境的真實(shí)性及增強(qiáng)其沉浸感具有重要的作用。傳統(tǒng)

2、的碰撞檢測(cè)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(cè)試的基本幾何元素的數(shù)目，從而大大提高碰撞檢測(cè)的效率。但是這兩種方法都不能滿足虛擬手術(shù)實(shí)時(shí)性的需要。 本文對(duì)幾種包圍盒算法進(jìn)行了研究和比較，結(jié)果表明k-DOPs包圍盒生成速度更快，需要存儲(chǔ)空間更小。但是包圍盒樹(shù)的生成速度嚴(yán)重影響了碰撞檢測(cè)算法的實(shí)時(shí)性?；谶@種現(xiàn)狀，本文又進(jìn)一步研究了基于圖像空間碰撞檢測(cè)算法，該算法使用顯示設(shè)備的幀緩存技術(shù)，避免了生成包圍盒樹(shù)的

3、過(guò)程。本文在基于圖像空間的碰撞檢測(cè)算法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，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(fù)繪制，更有效地改善了實(shí)時(shí)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(jié)合的新的碰撞檢測(cè)算法。選擇k-DOPs作為包圍盒，包圍盒樹(shù)為完全二叉樹(shù)，搜索樹(shù)的方式也進(jìn)行了改變，并且采用了三角形帶加速技術(shù)。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(diǎn)本文在VTK開(kāi)發(fā)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了各種包圍盒