虚拟手术中碰撞检测技术的研究与实现

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虚拟手术作为虚拟现实技术在医学领域的一个重要应用,可以提供人体手术仿真和手术程序的模拟演练,降低医务工作者的培训成本,提高医疗水平,还可以帮助医务人员提前熟悉复杂手术的操作流程,降低手术风险。碰撞检测技术作为虚拟手术中关键技术之一,对其研究也就显得越来越重要。  本文在阐述和分析碰撞检测技术的框架、基本特征和难点的基础上,针对虚拟手术中碰撞检测技术的高度渲染和实时性需求,构建了基于OpenGL、Vizard环境的两个仿真平台。  针对虚拟手术中碰撞检测对象一般可以视为凸体和碰撞检测实时性要求较高的特点,改进了一种面向虚拟手术的凸体碰撞检测算法。该算法利用定义两个输入顶点集,计算集合凸体间的欧式距离,来检测物体之间是否发生碰撞;同时将两个输入对象间的距离转化为对象间的Minkowski差与原点之间距离,来提高检测的实时性。  改进算法消除了多余的冗余顶点和非平面多边形,增强了碰撞对象间的几何健壮性,对数据结构实施了优化操作,增强了数值的健壮性。仿真结果表明,算法提高了碰撞检测的实时性和准确性,能很好的满足医学手术中碰撞检测的基本要求。
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