各类关节疾病中髋关节疾病患病率最高,然而它的解剖位置深,结构复杂,通过研究患者二维断层图像做出准确的手术规划要求医生具有丰富的临床经验,而这正是新医生最缺乏的。髋部手术培训系统是一个可以让医生在虚拟的人体髋部中实施手术并重现手术过程中可能遇到的各类情况的虚拟现实应用系统。髋部手术培训系统可以为新医生提供髋部手术的虚拟场景,通过反复操作使新医生更快具备实践经验,该系统能够大量降低培训成本、缩短培训周期、提高手术成功率。髋部手术培训系统核心模块有软组织形变模块、碰撞检测模块、虚拟切割模块、动态可视化模块。本文主要完成肌肉形变模块、碰撞检测模块以及切割模块。肌肉形变模块本文提出了可嵌入的操作区自主选择算法,该算法采用自主选择有限元计算的操作区,使得参与计算的四面体单元规模大幅度缩小,在保证精度的情况下大幅度提高了计算的速度。为了避免操作区自主选择算法中搜索相邻四面体单元消耗的时间会导致影响整体的计算速度,本文对所有的四面体单元进行拓扑重构。通过对比采用了操作区自主选择算法与没有使用该算法的肌肉形变模块,可以看出本文在采用操作区自主选择算法后对形变计算的速度有30倍的提高,而精度则可以达到原始的70%。碰撞检测模块本文提出了经纬度碰撞检测算法,使得检测过程可以利用搜索算法加速。该碰撞检测算法将三角面片的三维信息转化为经纬度信息,然后利用自主设计的经纬度数据结构完成检测以及相应的更新操作。本文将经纬度碰撞检测算法与传统的包围盒碰撞检测算法进行对比后发现本文的碰撞检测算法在检测与更新上都能有更好的效率,因此可以满足系统的碰撞检测模块的需求。切割模块本文提出了瞬态显示延迟处理的切割算法。该算法没有采用四面体单元细分的方案,而是自主提出了路径分离的方案,使得后续的有限元计算效率能够保持稳定高效。切割算法中采用了瞬态显示,延迟处理的思想,能够避免由于切割算法拓扑结构调整对显示的流畅性造成影响,经过算法测试,采用了瞬态显示后,使得切割的显示频率非常稳定,能够满足髋部手术系统的切割模块的要求。