随着现代医疗技术的不断完善和发展,虚拟现实技术与外科手术的完美结合,形成了现代医学领域中的重要应用——虚拟手术。虚拟手术在视觉与触觉感官上为用户提供了手术场景的真实再现,可应用于外科医生培训、手术效果预测和手术导航等领域,对手术训练和复杂手术的推广起到巨大的推动作用。由于在实施外科手术的过程中,医生接触的大部分是人体软组织,因此,人体软组织形变的仿真是虚拟手术的关键技术之一,并严重制约着虚拟手术技术的发展。在人体软组织形变仿真的过程中,系统必须保证稳定性并且满足形变效果精确度的要求;同时,由于仿真系统必须保证实时交互,因而实时性也是软组织形变中最重要的要求之一。因此,虚拟手术中人体软组织形变的仿真必须满足稳定性、精确性和实时性的要求。本文将从上述三方面要求出发,对虚拟手术仿真系统中人体软组织形变技术展开研究。在稳定性方面,本文对现有的软组织形变的物理模型进行了对比分析,选择质点—弹簧模型作为本文软组织形变系统的建模基础,并通过改进的正六边形质点—弹簧拓扑结构保证了软组织形变稳定性的要求;在精确性方面,通过对软组织形变动力学模型的建立及分析,选择中点法作为模型的数值算法,与其它数值算法相比,该算法在精确性和实时性上表现出较好的优势;在实时性方面,本文通过改进的寻找“最近邻质点”方法,大大减少了计算时间,提高了软组织形变效率,极大的满足了实时性的要求。良好的虚拟手术仿真系统必须同时满足视觉和触觉感官的要求。在视觉渲染上,本文利用OpenGL三维图形标准建立了虚拟人体软组织表面模型;在触觉交互上,本文利用PHANToM Omni触觉交互设备实现虚拟手术器械与人体软组织模型的交互作用,采用基于弹簧—阻尼器模型作为软组织形变力觉交互的计算模型。最后,本文给出了人体软组织形变系统的相关仿真实验。