腹腔机器人虚拟手术是虚拟现实技术在现代医学领域中的应用。腹腔机器人虚拟手术系统不但可以为医生提供腹腔镜手术的训练平台,还可以辅助真实的手术治疗,它的出现大大方便了腹腔镜手术的推广和应用。在腹腔机器人虚拟手术系统中,视觉和触觉反馈是用户和系统交互的两大重要方式,逼真、实时的视觉和触觉反馈可以增强系统的真实性和沉浸感。本文基于腹腔手术机器人系统,对具有力反馈的虚拟手术进行研究。首先,在对比常用建模方法的基础上,利用手工建模的方法建立虚拟手术中的主要几何模型,并设置模型的局部坐标等相关参数,保留模型的材质、纹理、坐标等信息,导出保存为.3DS数据。依据建立的几何模型,在Microsoft Visual studio 2008平台下,实现虚拟手术场景漫游交互。然后,对微创腹腔机器人进行运动学分析,建立虚拟空间中机器人的坐标系统,计算在虚拟坐标系下机器人各部件的位姿,编制腹腔手术机器人虚拟仿真程序。以Omega.3虚拟触觉装置为虚拟环境的输入信号,虚拟环境实时采样获得虚拟从手的位置信息,根据运动学解算,在窗口中刷新显示采样时刻的一帧图像,操作者观察时由于视觉残留得到了连续的机器人运动仿真图像。通过控制Omega.3完成主手控制虚拟机器人的人机交互。软组织变形方面,根据人体软组织的生物力学特性,采用质点-弹簧法对软组织进行抽象,建立软组织的物理模型,并确定虚拟微器械与软组织的碰撞检测算法,得到虚拟环境中软组织的变形模型。在力反馈方面,由软组织的质点-弹簧模型,确定力反馈算法,得到微器械与软组织碰触时的实时力反馈大小和方向。借助CAHI 3D等开发包,编制软组织变形和力反馈程序,利用Omega.3完成虚拟手术的人机交互。最后阐述了腹腔机器人虚拟手术系统的开发环境、控制界面及虚拟手术系统三种操作模式。针对各操作模式,结合Omega.3虚拟触觉装置,完成腹腔虚拟手术运动仿真和软组织变形交互实验。最后设计力反馈实验,验证变形过程中的力反馈。实验结果证明腹腔机器人虚拟手术的实时性和准确性。