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手术仿真系统是仿真技术在现代医学方面的一项重要应用,它对手术过程进行模拟,给医务工作者提供了可靠的手术训练环境。在外科手术中,对人体软组织进行切割是最常见的操作之一,因此软组织切割仿真也是手术仿真系统中必需的功能模块。本文主要致力于提高软组织切割仿真的真实感、实时性和稳定性方面的研究,主要工作和研究成果如下:本文以人体切片图像为数据源,采用Amira几何建模软件建立了人体肝脏模型,为软组织切割仿真建立了模型基础。在软组织切割方面,现有的切割方法不仅存在真实感不强、实时性差的缺点,而且在它们基础上难以进行提高系统稳定性的改进。因此,本文提出了一种新的切割方法,该方法通过对待切割四面体进行细分(Subdivision)和分裂(Splitting)操作来实现软组织的切割。新的切割方法不仅弥补了现有算法的缺点,而且具有实现简单,适用性强的特点。手术仿真系统的稳定性取决于模型中四面体的稳定性,模型中一个四面体不稳定就可能造成整个系统不稳定。为此,本文采用投射法(Snapping)来提高切割中产生的四面体的稳定性。投射法的主要思想是根据一定投射规则,分别改变边交点和面交点的位置来避免产生不稳定四面体。实验结果表明,本文所研究的软组织切割方法和投射法分别提高了软组织切割仿真的真实性、实时性和稳定性。