本文關鍵詞：神經外科虛擬手術系統(tǒng)中三維建模及人機交互技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《電子科技大學》 2008年

神經外科虛擬手術系統(tǒng)中三維建模及人機交互技術研究

王志剛  

【摘要】： 本文主要研究了神經外科虛擬手術系統(tǒng)中的三維建模及人機交互技術。神經外科虛擬手術系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實技術和圖形圖像處理技術在神經外科醫(yī)學領域的重要應用,涉及到虛擬現(xiàn)實、計算機圖形學、數(shù)字圖像處理、神經外科手術等多種學科,是一個多學科交叉的新興領域。神經外科手術,特別是腦部的神經外科手術,具有錯綜復雜、神經組織密集、操作空間狹小等特點,任何損傷都可能帶來嚴重的并發(fā)癥甚至死亡。而神經外科虛擬手術系統(tǒng)能提供較理想的手術模擬效果和教學環(huán)境,它必然會對臨床教學、手術計劃的制定、手術成功率的提高發(fā)揮巨大的推動作用,因此,對它的研究具有重要的學術意義和廣闊的應用前景。 本文針對神經外科虛擬手術系統(tǒng)的關鍵技術進行了研究。首先,建立了神經外科虛擬手術系統(tǒng)所需要的三維模型:虛擬顱腦模型、虛擬手術室模型、虛擬手模型。虛擬顱腦模型利用VTK可視化工具包中體繪制三維重建算法建立,能夠比較真實地表現(xiàn)人頭顱的基本結構;利用3DS MAX建立的虛擬手術室模型具有逼真的深度感和空間感,醫(yī)師進行虛擬操作時可以產生身臨其境的感覺;基于OpenGL建立的虛擬手模型充分考慮了系統(tǒng)的交互需求,并兼顧了人手的生理和物理特性,能夠滿足神經外科虛擬手術系統(tǒng)的基本需要。在建立虛擬手模型的同時,本文還研究了當前主要的面向OpenGL應用的三維建模技術,針對這些技術分別做了建立虛擬手模型的實驗,分析了它們各自的優(yōu)缺點以及適用場合,提出了針對虛擬手術的建模思想。 本文提出了新的虛擬手抓取判定規(guī)則,以解決現(xiàn)有判定規(guī)則或繁或簡,不適用于神經外科虛擬手術的缺點,盡可能使得虛擬手的抓取動作協(xié)調、真實、自然,同時充分考慮神經外科虛擬手術系統(tǒng)人機交互的實時性要求,滿足系統(tǒng)的交互需要。同時本文還分析了虛擬手常規(guī)的抓取過程,提出了相應的抓取算法。 碰撞檢測是虛擬現(xiàn)實領域的研究重點,精確的碰撞檢測對提高虛擬環(huán)境的真實性、增加虛擬環(huán)境的沉浸性具有十分重要的作用。本文研究了虛擬手抓取過程中的碰撞檢測算法,并結合現(xiàn)有的成熟碰撞檢測庫ColDet提出了針對本課題的碰撞檢測算法。最后,基于上面所研究成果,實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)手套的基本的虛擬交互操作。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TP391.9
【目錄】：

摘要4-5

Abstract5-10

第一章 緒論10-18

1.1 課題背景和研究意義10-11

1.2 國內外研究現(xiàn)狀11-13

1.3 課題的內容及本文的主要工作與創(chuàng)新點13-17

1.3.1 課題的內容13-16

1.3.2 本文的主要工作與創(chuàng)新點16-17

1.4 論文的章節(jié)安排17

1.5 本章小結17-18

第二章 神經外科虛擬手術系統(tǒng)相關技術18-39

2.1 虛擬現(xiàn)實技術18-27

2.1.1 概述18-19

2.1.2 發(fā)展簡史19-20

2.1.3 技術特征20-23

2.1.4 系統(tǒng)組成及分類23-26

2.1.5 應用26-27

2.2 人機交互技術27-28

2.3 神經外科虛擬手術28-29

2.4 三維建模軟件29-38

2.4.1 3DS MAX29-31

2.4.2 VTK31-32

2.4.3 OpenGL32-38

2.5 本章小結38-39

第三章 神經外科虛擬手術系統(tǒng)中三維建模技術研究39-53

3.1 虛擬顱腦模型的建立39-40

3.1.1 建模流程39-40

3.1.2 建模結果40

3.2 虛擬手術室模型的建立40-42

3.2.1 建模步驟40-41

3.2.2 建模結果41-42

3.3 面向 OpenGL 應用的建模技術研究42-51

3.3.1 基于OpenGL 的建模技術42-46

3.3.2 基于專業(yè)建模工具的直接讀取建模技術46-48

3.3.3 基于專業(yè)建模工具的轉換建模技術48-51

3.3.4 實驗結論51

3.4 虛擬手術系統(tǒng)的建模思想51-52

3.5 本章小結52-53

第四章 神經外科虛擬手術系統(tǒng)中人機交互技術研究53-74

4.1 虛擬手的動作實現(xiàn)53-60

4.1.1 抓取動作53-59

4.1.2 釋放動作59-60

4.2 抓取判定60-63

4.2.1 抓取判定規(guī)則60-61

4.2.2 抓取過程61

4.2.3 抓取算法61-63

4.3 碰撞檢測63-67

4.3.1 碰撞檢測介紹63-64

4.3.2 碰撞檢測算法64-65

4.3.3 碰撞檢測庫65-67

4.4 數(shù)據(jù)手套和虛擬手的關聯(lián)67-70

4.4.1 數(shù)據(jù)手套68

4.4.2 數(shù)據(jù)手套的校準68-69

4.4.3 數(shù)據(jù)的獲取69-70

4.5 虛擬交互操作的實現(xiàn)70-73

4.5.1 類的設計70-72

4.5.2 功能實現(xiàn)72-73

4.6 本章小結73-74

第五章 總結與展望74-76

致謝76-77

參考文獻77-81

個人簡歷及碩士期間發(fā)表的論文81-82

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10 段寶山;虛擬手術中的幾何建模[D];青島大學;2005年

  本文關鍵詞：神經外科虛擬手術系統(tǒng)中三維建模及人機交互技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：146477