随着虚拟技术和计算机技术的发展,人们将其与医学专业结合起来,设计出医学仿真系统。虚拟外科手术系统的研发成为当今国内外的一个热点研究课题,其中的人体软组织建模也是一项重要研究内容。本论文研究以无网格方法为其础对人体软组组织形变进行建模,当外力作用在虚拟软组织上时,可以快速实时地获得形变结果,同时充分发挥无网格方法建模适应性强的优势,对软组织的切割形变也进行了模拟分析。无网格建模方法是将软组织看成一个问题域,在问题域里布置大量离散的节点,通过形函数将节点联系起来建立刚度矩阵进而构建描述软组织材料力学性能的近似函数模型,由函数模型获得的全部节点位移就可以用来表现软组织的形变。为了能更好地理解和应用无网格方法,先分析典型的建模方法---有限元建模,考虑到建模过程中会涉及到软组织的材质特性,为此研究了软组织材质特性的测量方法。之后采用局部无网格法进行了对软组织形变进行了二维简化建模的尝试,取得了比较好的结果。有了这些知识储备,研究应用全局无网格法对软组织进行三维建模,通过建模获得模型函数,经求解可以得到全部节点位移表现的软组织形变。但是模型函数的计算求解过程非常耗时,不能满足虚拟手术中实时表现虚拟软组织形变的需要。为了解决这一问题,在本论文中提出引入麦夸特算法预先拟合出通过无网格软组织模型得到的受力与全部节点位移之间的数学关系式。在虚拟手术中,当软组织受力时,只要即时调用这种拟合数学关系式,就可以把软组织的形变表现出来。为了证明这一方法的可行性,在本论文中设计了一个实验。采用一个48mm×48mm×6mm并加入肝脏弹性模量的几何模型代替软组织,用若干个0~1N范围内的空间力施加在该几何模型上,计算出与所施空间力对应的全部节点位移。由麦夸特算法拟合出力与形变的数学关系式,通过这种数学关系式不但可以快速得到节点位移,还得到了由节点位移拟合的曲面以直观地表现软组织的形变。实验结果表明,每次计算形变平均耗时0.1509秒,形变最大误差小于0.5mm。在论文的最后部分应用全局无网格方法分析计算切割形变,其核心思路是将切割路径经过的节点看成是两个节点的重合,将刀刃对切割路径两侧的挤压为自然边界条件代入全局无网格的计算方程,这样形变就可计算得到了,最后通过MATLAB表现开放切口和封闭切口的形变以及用FORTRAN语言设计了一个动态切割测试程序。