随着虚拟现实技术的不断发展,运用于医学领域的虚拟手术技术也备受关注。虚拟手术系统涉及到模型重建、碰撞检测、形变仿真以及切割仿真等应用技术。其中,形变仿真的效果直接影响到虚拟手术的实现,对虚拟手术中的切割步骤也有重要的影响,因此,形变仿真在整个虚拟手术中起到了至关重要的作用。传统的形变模型存在着真实性和实时性不能并存的问题,针对这个不足,本文提出了一种子空间凝聚的形变仿真方法,将软组织的形变与非形变区域分别用全空间和子空间的求解方法,能够较好的均衡形变过程的真实性与实时性。本文的主要研究内容如下:(1)软组织的三维重建。本文提出限定阈值的区域生长法对VHP软组织数据图像的几何轮廓进行分割,并用分区域法绘制三角面片,实现二维图片到三维模型的重建,而后在OpenGL中对重建后的软组织面片模型进行渲染。(2)子空间凝聚的软组织形变。根据形变的需求,对软组织几何模型进行了生物力学分析,使用AABB包围盒法进行实时碰撞检测。另外通过对几种模型的分析比较,采用基于子空间凝聚的形变方法,将三维模型映射到二维平面圆形上,根据区域是否发生形变将其划分为全空间和子空间,分区域并行计算,以确保软组织形变仿真的真实性和实时性。(3)子空间凝聚的软组织形变的优化。在软组织形变的过程中,针对子空间凝聚法实现过程中碰撞检测、子空间凝聚以及子空间映射存在的不足,分别提出了优化改进方法:采用AABB包围盒与三角面片相交相结合的方法对碰撞检测进行优化,通过对空间采用核方法实现对空间映射的优化,通过最佳纯子空间的产生、筛选和分离对子空间凝聚进行优化。最后,通过实验仿真与分析,表明了优化后的子空间凝聚模型具有更高的真实性。最后,本文设计并开发了软组织形变仿真的完整实验系统,完成了各个模块间功能的整合,并给出了实验结果和未来的展望。实验结果表明,本文提出的子空间凝聚的软组织形变仿真方法的仿真效果好且花费时间较短,能够较好地均衡软组织形变过程的真实性和实时性,对虚拟手术中的形变仿真有着重要的指导作用。