计算机辅助整形外科手术计划和结果预测作为整形外科手术一个研究热点,由于其简单、直观、易用的特点,正日益得到广泛的研究和应用。虚拟切割是虚拟手术过程中至关重要的一种操作,切割的真实感在很大程度上制约着整个虚拟手术的真实感。在虚拟手术系统设计中,模型的虚拟切割与模型的建模、实时碰撞检测、人机交互等技术紧密相关。本文针对虚拟手术表面模型切割相关的这些关键问题展开研究,主要的研究内容包括:1.几何建模方面,针对医学CT图像数据源,对三维几何建模中常用的MarchingCubes算法、Delaunay三角形化算法和Triangle Decimation算法进行了研究,并利用它们重建了三维表面模型和四面体模型。2.模型切割方面,对目前虚拟手术中的几种主要模型切割方法作了归纳比较。在此基础上,利用三角形与平面之间的位置关系,将简单多边形的凸包分割方法引入到表面模型的切割仿真中,实现了表面模型的任意切割。3.碰撞检测方面,针对手术刀体积相对很小的特点,改进了手术器械的建模方法,使用线性表来建模虚拟手术刀,并设计了相应的碰撞检测算法,实现了碰撞检测功能。这种方法在一定程度上提高了碰撞检测的效率。4.结合医学整容的需要,设计实现了一个计算机三维虚拟外科手术仿真系统vsCutter。该系统具有三维几何建模、表面模型任意切割、三维模型碰撞检测等功能,具有一定的研究参考意义和实际应用价值。本研究得到国家自然科学基金项目“计算机辅助三维整形外科手术计划与预测关键技术研究”(60573179)的支持。