本文關(guān)鍵詞：虛擬手術(shù)中力覺臨場感增強(qiáng)技術(shù)研究

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【摘要】：虛擬手術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,以其突出的無損傷性和可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)而備受矚目,其力觸覺模型及再現(xiàn)技術(shù)研究更是當(dāng)前國內(nèi)外研究的前沿和熱點(diǎn)。由于人體組織柔性體受力與形變的復(fù)雜關(guān)系,如何建立穩(wěn)定的物理模型,準(zhǔn)確快速的描述柔性體形變及力反饋從而提高系統(tǒng)力覺臨場感,仍是現(xiàn)階段研究的難點(diǎn)。針對柔性體力觸覺模型中物體形變和力的描述與計(jì)算效率難以平衡的問題,提出一種基于球面調(diào)和函數(shù)表達(dá)(Spherical Harmonic,SPHARM)的柔性體力觸覺建模方法。首先,建立基于SPHARM表達(dá)的力觸覺模型,利用主成分分析方法實(shí)現(xiàn)柔性體在不同作用力下的形變比較,由簡化后的波動(dòng)方程獲取對應(yīng)力反饋,量化柔性體的受力-形變計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了柔性體受力-形變的準(zhǔn)確描述。然后,基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Radial Basis Function neural network,RBF-NN)實(shí)現(xiàn)柔性體在給定力作用下的形變-力反饋估計(jì)預(yù)測,使柔性體形變的視覺刷新頻率與柔性體力觸覺的刷新頻率描述接近同步,解決了柔性體形變準(zhǔn)確描述與力反饋實(shí)時(shí)計(jì)算難以平衡的復(fù)雜關(guān)系。最后,利用虛擬現(xiàn)實(shí)渲染軟件結(jié)合力反饋設(shè)備搭建交互實(shí)驗(yàn)平臺(tái),驗(yàn)證本文提出的力觸覺控制算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于SPHARM的柔性體力觸覺建模方法能夠在滿足力觸覺交互的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性的同時(shí)提高交互實(shí)時(shí)性,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)力覺臨場感的目的。
【關(guān)鍵詞】：虛擬現(xiàn)實(shí) 球面調(diào)和函數(shù) 力觸覺反饋 徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R319;TP391.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 研究背景及意義8-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 力觸覺虛擬手術(shù)研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 力觸覺交互設(shè)備研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu)12-14
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容12-13
• 1.3.2 論文組織結(jié)構(gòu)13-14
• 2 柔性體力觸覺模型建立14-38
• 2.1 柔性體幾何模型建立14-17
• 2.2 SPHARM分析17-21
• 2.2.1 SPHARM定義與變換17-19
• 2.2.2 SPHARM在柔性體力觸覺中的應(yīng)用可行性分析19-21
• 2.3 基于SPHARM的柔性體幾何建模21-27
• 2.3.1 球面參數(shù)化21-25
• 2.3.2 SPHARM展開和物體重構(gòu)25-27
• 2.4 SPHARM的柔性體力觸覺模型建立27-36
• 2.4.1 共同參照系統(tǒng)建立27-29
• 2.4.2 SPHARM模型群組分析29-31
• 2.4.3 同源物體形變力反饋計(jì)算31-36
• 2.5 基于SPHARM的柔性體力觸覺模型分析36-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 3 柔性體力觸覺控制算法實(shí)現(xiàn)38-49
• 3.1 徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)38-41
• 3.1.1 RBF-NN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)38-39
• 3.1.2 RBF-NN的優(yōu)點(diǎn)分析39-41
• 3.2 RBF-NN模型建立41-47
• 3.2.1 RBF-NN訓(xùn)練算法44-45
• 3.2.2 仿真分析45-47
• 3.3 方法結(jié)論47-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 4 柔性體力觸覺系統(tǒng)交互平臺(tái)49-59
• 4.1 硬件系統(tǒng)49-52
• 4.2 軟件系統(tǒng)52-58
• 4.3 本章小結(jié)58-59
• 5 系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)分析59-66
• 5.1 柔性體實(shí)物驗(yàn)證與分析59-64
• 5.1.1 柔性體實(shí)物驗(yàn)證59-62
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析62-64
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論64-65
• 5.3 本章小結(jié)65-66
• 總結(jié)與展望66-68
• 本文工作總結(jié)66-67
• 未來工作展望67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果73

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