虚拟现实是一种全新的技术,它能够让人身临其境地置身于一个虚拟的世界,并且能够和这个虚拟世界进行交互。随着相关软硬件的不断成熟发展,它所带来的独特优势遍布多个领域,尤其是在医学领域,虚拟手术系统对传统的手术方式和方法产生巨大的影响,引起了一场革命性的风暴。传统的手术过程有许多的缺点:手术高风险、病人术后效果不理想、医生的水平因素、手术过程无法估量等。而虚拟手术能够帮助我们在手术前进行模拟,预见手术的复杂性;体会和学习如何处理临床操作的实际情况,减少手术风险。目前,国内虚拟手术系统采用模拟操作训练箱,手术训练效率低。同时,国外设备价格昂贵无法推广,而且虚拟手术基本上很少利用VR头盔,缺少3D沉浸视觉效果以及缺乏针对个体化病例的处理能力。为了能够真实观察人体腹部器官结构、提供个性化的诊断以及提高医生的手术技术熟练度,本文设计一种基于VR头盔的腹部器官虚拟手术系统。具体从以下几个模块进行深入的研究:(1)人体腹部器官的三维建模和模型简化。采用基于边缘检测、3D-Labeling算法和差分算法在CT图像的动脉相和门脉相中分割各器官和组织,通过不同的标签和标签所对应的阈值,提取出腹部器官,并进行三维建模。采用基于二次误差度量的边折叠算法能够对网格模型中数目众多的三角面片进行简化,减少了计算机系统在绘制、计算、存储及处理上极大的负担,并且保持模型的原本形态。(2)模型的碰撞检测。介绍了常用的碰撞检测算法以及不同的模型包围盒,针对虚拟手术所需的实时性和精确性的要求,采用了一种基于层次包围盒(AABB)与Mesh Collider碰撞检测算法,判断手术工具是否与器官模型之间发生碰撞。(3)模型的切割。针对我们三维重建的腹部器官模型,实现了利用手术工具对人体腹部器官三维模型进行了剖切操作来模拟手术切割,并得到剖切后的器官三维模型。实验结果表明,虚拟手术系统能够利用图像分割技术自动实现人体腹部模型的三维建模,对模型进行简化,可以使用VR头盔能够直观地观察人体腹部器官。并且提供的虚拟工具集(手术刀,手术钳)可以实现对腹部器官的切割等手术操作。