虚拟手术是计算机图形学、虚拟现实技术与现代医学的融合而产生的多学科的交叉研究领域，作为计算机辅助医疗的一个重要组成部分，虚拟手术在手术方案的制定、手术导航、手术训练等方面有着越来越重要的作用。触觉反馈设备使得虚拟手术对真实感和沉浸感要求得到了一定程度的满足，因此基于触觉反馈的虚拟手术技术研究已成为这一领域的研究热点。论文利用Phantom Desktop触觉反馈设备进行了基于力觉反馈的虚拟膝关节手术关键技术研究，探讨了虚拟环境中基于触觉反馈设备的软组织的形变与切割操作的技术问题。首先，论文对触觉反馈形成的原理进行了探讨，并结合Phantom Desktop设备构建了触觉反馈系统，利用弹簧-阻尼模型及Stick-snag模型对反馈力和模型表面的纹理进行了模拟。其次，通过采集到的人体膝关节CT及MRI影像数据，对膝关节进行了三维重构，建立了包括膝关节骨骼、半月板、韧带以及皮肤等不同解剖层次上的三维模型。再次，论文基于包围盒裁剪算法实现了虚拟环境下物体的碰撞检测，并通过方向判定法对碰撞过程中发生的穿刺问题进行了改进。另外，论文以弹簧质点模型为基础，通过对质点受力情况的分析，进行了模型运动状态的求解，实现了基于OpenGL以及STL格式的模型变形仿真，并通过对变形参数的分析得出对变形效果的影响。最后，论文研究了虚拟膝关节手术的切割条件、切割路径问题，通过对网格的划分及重构方法进行研究，实现的虚拟膝关节皮肤模型的切割过程。实验结果表明论文建立的触觉反馈系统具有较好的可操作性，所建立的人体膝关节三维模型细节突出、真实可靠，对碰撞检测过程中穿刺算法的改进能够在一定程度上降低穿刺发生的概率，提高了碰撞检测精度，对形变及切割过程的实现具有很好的真实感效果。