本文關(guān)鍵詞：基于徑向基點(diǎn)插值法的軟組織形變仿真

  更多相關(guān)文章： 軟組織形變 無(wú)網(wǎng)格法 向基點(diǎn)插值法 彈性模型

【摘要】：隨著電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速、跳躍式發(fā)展,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在國(guó)防軍事、生物醫(yī)學(xué)、航空航天、教育科普等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。虛擬手術(shù)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)可以讓新晉外科醫(yī)生在重構(gòu)的虛擬人體器官上進(jìn)行切割、觸碰、撕裂、流血、灼燒等一系列外科手術(shù)操作訓(xùn)練,較好地解決了傳統(tǒng)臨床醫(yī)生訓(xùn)練方法中存在的訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)、效率低、成本高等問(wèn)題。實(shí)際外科手術(shù)過(guò)程中無(wú)論是切割操作還是觸碰操作都涉及軟組織的形變。因此,作為各種手術(shù)操作的公共部分,軟組織形變的模擬仿真一直是虛擬手術(shù)仿真系統(tǒng)中的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。首先本文介紹了虛擬手術(shù)系統(tǒng)的整體架構(gòu),對(duì)架構(gòu)中的各個(gè)模塊進(jìn)行了詳細(xì)闡述。從基于物理和非物理模型的兩大建模體系對(duì)目前存在的各種軟組織建模方法進(jìn)行了綜述。然后使用極值法對(duì)導(dǎo)入的3dmax模型建立了基于六面體的背景網(wǎng)格,對(duì)該模型進(jìn)行內(nèi)部剖分后建立了虛擬手術(shù)系統(tǒng)中可使用的點(diǎn)云模型。從基本的彈性力學(xué)方程組出發(fā),推導(dǎo)了該方程的離散及變分形式,采用基于徑向基點(diǎn)插值的無(wú)網(wǎng)格方法模擬仿真了軟組織的形變,使用該方法對(duì)三維懸臂梁進(jìn)行了形變實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明該方法較好的模擬仿真了懸臂梁的形變。為了更好的表現(xiàn)出軟體特有的滯后、松弛和蠕變等粘彈性,本文將Kelvin粘彈性力學(xué)模型引入基于徑向基點(diǎn)插值的軟組織形變仿真方法中,并使用Kelvin增量格式進(jìn)行形變求解。最后使用人體胃器官進(jìn)行形變仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該模型不但較好的表現(xiàn)了軟組織的形變過(guò)程,而且較好的呈現(xiàn)了軟組織的粘彈性。與傳統(tǒng)的FEM方法進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明本文所述方法的形變計(jì)算的精確度更高,在保證同樣精確度的前提下,本文所述方法效率也更高。本文所建立的基于徑向基點(diǎn)插值法的軟組織形變模型屬于無(wú)網(wǎng)格建模方法的一種,該方法無(wú)需建立復(fù)雜的網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從而節(jié)省了存儲(chǔ)空間,并且該算法在精確度和計(jì)算效率上具有更大優(yōu)勢(shì),為實(shí)現(xiàn)虛擬手術(shù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互提供了有效的方法,為虛擬手術(shù)系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：軟組織形變 無(wú)網(wǎng)格法 向基點(diǎn)插值法 彈性模型
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R319;TP391.9
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-19
• 1.1 引言8-9
• 1.2 課題來(lái)源9
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.4 虛擬手術(shù)的功能模塊結(jié)構(gòu)10-12
• 1.5 虛擬手術(shù)產(chǎn)品12
• 1.6 軟組織形變模型的綜述12-17
• 1.6.1 非物理模型14-15
• 1.6.2 物理模型15-17
• 1.7 本文的研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.8 本文的結(jié)構(gòu)安排18-19
• 第2章 徑向基點(diǎn)插值法(RPIM)19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 徑向基點(diǎn)插值法(RPIM)的基礎(chǔ)知識(shí)19-24
• 2.2.1 徑向基點(diǎn)插值形函數(shù)19-22
• 2.2.2 構(gòu)建支持域22-23
• 2.2.3 RPIM形函數(shù)的性質(zhì)23-24
• 2.3 RPIM方法求解過(guò)程24-31
• 2.3.1 建立背景網(wǎng)格24-25
• 2.3.2 彈性力學(xué)基本方程25-26
• 2.3.3 變分及離散形式26-29
• 2.3.4 施加本質(zhì)邊界條件29-30
• 2.3.5 RPIM的程序?qū)崿F(xiàn)流程30-31
• 2.3.6 RPIM應(yīng)用于三維固體的形變實(shí)驗(yàn)31
• 2.4 小結(jié)31-33
• 第3章 Kelvin粘彈性力學(xué)模型33-40
• 3.1 引言33
• 3.2 軟組織的基本力學(xué)特性33-35
• 3.3 粘彈性理論35-37
• 3.4 線性粘彈性本構(gòu)關(guān)系37-39
• 3.5 小結(jié)39-40
• 第4章 基于徑向基點(diǎn)插值的軟組織形變模擬40-51
• 4.1 引言40
• 4.2 內(nèi)部點(diǎn)的剖分40-42
• 4.3 加入粘彈性的無(wú)網(wǎng)格形變仿真方法42-45
• 4.4 基于RPIM方法的軟組織形變仿真的求解步驟45-46
• 4.5 基于RPIM的軟組織形變實(shí)驗(yàn)46-50
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境和開(kāi)發(fā)工具46-47
• 4.5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析47-50
• 4.6 小結(jié)50-51
• 第5章 總結(jié)與展望51-53
• 5.1 總結(jié)51
• 5.2 展望51-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-57
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果57

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 張雄;劉巖;馬上;;無(wú)網(wǎng)格法的理論及應(yīng)用[J];力學(xué)進(jìn)展;2009年01期

2 劉雪梅;毛磊;李運(yùn)華;郝愛(ài)民;;耦合無(wú)網(wǎng)格迦遼金與質(zhì)點(diǎn)彈簧實(shí)現(xiàn)軟組織形變仿真[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2013年01期

3 趙沁平;;虛擬現(xiàn)實(shí)綜述[J];中國(guó)科學(xué)（F輯:信息科學(xué)）;2009年01期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李建英;虛擬手術(shù)中軟組織形變仿真研究[D];山東大學(xué);2009年

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本文編號(hào)：782423