进入20世纪后期,以腔镜技术为代表的微创外科手术技术发展迅速。微创手术与传统手术比较,具有创伤小、恢复快、并发症少、麻醉时间短等优点。因此微创手术正在得到广泛的发展和应用。然而,由于微创手术本身的特点,医生只能通过内窥镜看到病人体内的局部状况,这样对医生来说手术难度大大增加,而且对经验值的依赖也比传统手术来的高。所以对医生来说,术前的训练十分重要。本文所探讨的虚拟手术系统的目的就是利用计算机虚拟现实技术给医生提供手术的训练环境,让更多的医生更短时间内掌握微创手术技术。本文主要研究保证系统视觉真实感的手术场景的渲染和整个虚拟手术平台的构建。首先通过研究流体力学的Navier-Stokes方程组的数值化解法来进行体内血流在内窥镜视野中的渲染,造成内窥镜镜头模糊的效果,训练医生在此特殊环境下的处理。然后通过模拟其他的场景元素:组织液漂浮物,人体体腔背景贴图和手术器械建模等,来让手术场景更加真实。最后章节简述了系统的层次架构和模块化设计,如何使整个系统降低耦合度,对各个场景渲染模块进行实验以确定达到最佳的视觉效果,并且讲述了如何把血流渲染子模块整合到现有模拟系统中。本文的工作和主要创新点如下:1.对与系统训练效果直接相关的血流渲染模块进行了重点的研究。对不同的数值化方法进行了比较分析,决定一个最适合本系统的方法来实现血流模拟。2.实现血流渲染模块并且按照系统的需求把算法进行了修改和创新,如边界条件的处理等。也对相关参数进行了调试,使渲染的视觉效果更加的逼真。3.使用不同的技术模拟其他的场景元素,如用粒子系统模拟了组织液漂浮物,用不同的混合设置进行背景的贴图处理,创新性的使用了矩阵管道准确定位手术器械模型。4.对整个手术系统的框架进行了模块化的重建,运用了设计模式的知识,对模块间的交互等进行低耦合设计,大大的提高系统的可扩展性和可维护性。5.把用OpenGL实现的血流渲染子模块整合到虚拟手术训练系统平台中。创新的设计出使用VTK的多边形源数据模拟OpenGL原语的整合方法。