虚拟手术系统是现代医学与虚拟现实技术相结合的产物,在计算机图形学领域与生物医学领域中都具有广泛的应用。肝脏是人体中重要的组织器官,同时每个个体的肝脏又各自存在着微小的差异,因此在虚拟手术系统中突出肝脏的个性化有着重要的研究意义。本文便是从这一角度出发,以人体的肝脏为研究对象,针对传统方法中三维肝脏模型表面纹理映射技术无法突出个性化、出现失真现象、GPU占用率高、运算时间长等问题提出了一种纹理映射方法,其能够独立于网格表面,同一张纹理图像可以应用于不同分辨率的三维肝脏模型,同一种纹理映射机制也适用于多个相似形态的肝脏模型,充分体现出个性化所在。同时还提出了三维肝脏模型表面高质量的参数化方法与网格分割方法,既能够有效抑制纹理映射过程中所产生的失真扭曲现象,还可以减少GPU的占用率、优化运算、缩短运算时间,提高纹理映射的实时性与交互性等。论文的主要工作与研究成果主要有以下几个方面:(1)三维肝脏模型的构建。利用可视化人体计划VHP中的二维肝脏图像进行图像滤波、分割、提取及三角形面片绘制等多个步骤进行医学图像三维重建,构建出本文后续纹理映射研究中所要使用的三维肝脏模型。整个过程在传统算法的基础上根据实际需求作出了相应的改进,优化了运算并构造出了较好形状的三角形网格,为本文的后续研究奠定了基础。(2)肝脏表面全局UV贴图的构建。提出了切割的方法将三维肝脏模型展开到二维的平面上以减少肝脏模型表面纹理映射过程中所产生的不可避免的失真现象。其以体素为基本单位,整个过程包含了体素化、空间映射、去除重叠与封装等多个步骤。(3)基于体编码的肝脏表面个性化纹理映射。其在三维肝脏模型表面体素的基础上提出了一种高质量的参数化方法,通过添加适当的约束条件并引入能量表达式,最后转化为一个最小二乘问题进行求解。整个纹理映射过程兼顾了角度保护和面积保护,并应用改进的切线空间法线贴图方法达成了个性化的映射效果。最后,本文设计了人性化、操作性强且具备良好扩展性的原型系统,实现了各个模块实验内容可视化的集成,并给出了相应步骤的实验结果与分析,验证了核心章节理论算法的正确性及可行性。论文的最后提出了下一阶段的工作展望与研究方向。