【摘 要】
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近些年以来,虚拟手术系统被越来越多的人认识和关注,进而也引发了越来越多的学者去研究。整个虚拟手术系统有很多的技术环节,其中软组织的碰撞检测是该系统中非常重要技术的环节
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近些年以来,虚拟手术系统被越来越多的人认识和关注,进而也引发了越来越多的学者去研究。整个虚拟手术系统有很多的技术环节,其中软组织的碰撞检测是该系统中非常重要技术的环节,它直接影响着系统的交互性和实时性。目前,软组织碰撞检测的方法有很多,其中层次包围盒是其中非常有效的一种方法。它利用与真实物体几何模型大小、形状相近且相对几何特性简单的包围盒来代替真实物体的几何模型进行碰撞检测,并经过一定的算法使包围盒形成一种层次结构。这样我们在检测的时候快速地排除不相交的区域,只处理相交包围盒的基本几何元素对就可以得到准确的碰撞检测结果。本文以虚拟手术训练平台为依托,设计了一种改进的轴向包围盒(AABB)的软体碰撞检测的算法。具体的实现过程如下:首先,从层次包围盒的选择开始,通过比较分析常见包围盒的紧密型、更新速率、时间的消耗上及技术成熟度上来确定我们所需要的包围盒。其次,改进了传统三角形检测的方法,使碰撞检测的速率进一步提高,从而保证整个系统的交互性和实时性及虚拟环境的沉浸感。再次,根据软体碰撞检测与刚体碰撞检测的不同,和综合整个虚拟手术训练平台系统的技术细节,提出了一种改进的包围盒更新算法,它可以非常有效地解决软体间碰撞后包围盒更新速率慢的问题。最后,引入VTK(视觉化工具函数库)这个应用已经越来越广泛的3D图形类库,来实现以上的所有设想,并经过实验来证实本文方法完全可以适用于现实的虚拟手术训练平台。本文算法改善了软组织变形后包围盒的更新速率,并且改进了三维空间中三角形间的碰撞检测的方法,从而使整个系统实时性得到很大提高。通过实验比较,该算法较之以前的算法,在速率上都有明显的优势,而且也能从软体碰撞中的到更加精确的信息。
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