虛擬手術(shù)碰撞檢測問題的研究.pdf

1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使得計算機應(yīng)用技術(shù)滲透到社會生活的各個領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實系統(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)演練和進一步的實際手術(shù)中，對先進手術(shù)方式的推廣能起到很好的促進作用。 虛擬手術(shù)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(guān)鍵技術(shù)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(shù)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(shù)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(jié)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(yán)重影響了碰撞檢測算法的實時性?；谶@種現(xiàn)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(shè)備的幀緩存技術(shù)，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(chǔ)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(fù)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(jié)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(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)點本文在VTK開發(fā)平臺上實現(xiàn)了各種包圍盒