随着临床医疗水平的快速提升和计算机技术的不断发展,虚拟手术仿真系统在新手医学教学、远程医疗、术前手术方案制定、术中导航以及术后康复等方面发挥重要作用,能够打破传统手术训练方式的某些限制、制定最佳手术方案以及提高手术成功率,因此虚拟手术的研究具有广泛应用前景,正成为医疗领域的前沿课题和研究热点。软组织形变模型是虚拟手术仿真系统中最为核心的部分,需要同时满足视觉逼真、模型形变真实性和交互实时性的要求,是研究中亟待解决的难点问题。因此,本文重点围绕如何在保证软组织形变模拟精度的同时如何提升计算效率的问题为主线,深入研究虚拟手术的软组织形变模型并进行相应优化,本论文主要工作如下:（1）针对质点弹簧模型稳定性差和形变精确性低的问题,提出了一种基于体积守恒和形变恢复能力的质点弹簧优化模型,首先在模型中添加一种新型弯曲弹簧来确保软组织发生大形变时的形变恢复能力,并根据粒子群优化算法优化模型参数以提高形变精确性,然后引入体积守恒约束来维持可变形物体的体积和实现软组织的不可压缩特性。（2）针对有限元模型计算量大而导致计算效率低的问题,提出了一种基于模型降阶法的有限元实时切割模型,首先使用有限元模型模拟软组织形变,并在其中加入本征正交分解与伽辽金投影相结合的模型降阶法来减少形变计算量,然后利用直线模型根据手术器械与软组织的碰撞交点形成切割路径,最后采用贝塞尔曲线绘制表面切口。（3）针对无网格模型形变精确性与仿真实时性难以平衡的问题,提出了一种基于改进点原语法的软组织形变模型,首先使用基于点原语法在软组织内部模拟形变来控制节点运动,并在其中加入拉伸约束和弹性势能约束修正节点位置来模拟软组织的弹性特性,然后基于移动最小二乘法建立从内部到表面的映射函数来渲染其形变的视觉效果。通过搭建虚拟手术仿真系统实验平台,分别利用这三种模型进行相应的软组织形变模拟,并借助PHANTOM OMNI力触觉反馈设备设计实验验证模型性能。实验结果表明,本文所提三种软组织形变模型的形变效果真实自然,并且在不损害计算精度的前提下提高了仿真实时性,能够较好的实现软组织拉伸、压缩和切割等手术操作,为虚拟手术训练提供了有力支撑。