传统的外科手术培训模式受到尸源匮乏、伦理道德等方面的约束,培训效率低,此外,对于新引进的医疗设备或者罕见的病例,即使熟练的外科医生,也会导致医疗事故的发生。建立一个的虚拟手术模拟仿真系统可以有效的解决这一问题,该系统就是利用计算机,在虚拟的环境中模拟虚拟手术对象(如胆囊,心脏等器官)在手术器械的操作下所产生的形变,切割,缝合等过程,并且提供逼真的触觉、视觉、听觉反馈等。本课题结合国内外虚拟手术仿真系统研究现状,对虚拟手术仿真系统中的几大关键问题进行研究,完成了几何模型的建立,研究了一种快速简单的碰撞检测算法,并提出了两种方法对该碰撞检测算法进行优化。此外,还建立了物理模型,搭建了一个虚拟手术仿真系统,并进行了仿真实验。主要研究内容有:首先,利用3ds-Max创建了一个人体胆囊模型和手术器械模型,在VC++环境下编写程序读取并存储点和面等关键信息,再利用这些信息,结合OpenGL图形库,将人体胆囊在VC++环境中进行重构。重构之后,通过计算顶点法向量、添加光源、抗锯齿等后期处理,建立了一个逼真的胆囊几何模型。其次,在几何模型的基础之上,创建了 AABB上层包围盒以及S-S底层包围盒。通过上层包围盒、底层包围盒以及几何单元体各自的相交测试,完成了手术胆囊与手术器械之间的碰撞检测。在此基础之上,本文提出了一种分区域碰撞检测法以及一种相邻三角形面片预测碰撞检测法这两种方法对碰撞检测算法进行了优化,并通过实验数据验证了优化算法的合理性与快速性,有效的提高了碰撞检测的效率。此外,采用弹簧-质点方法,假设虚拟胆囊由弹簧和质点构成,提出了一种局部形变法,通过质点在手术过程中的位移量,模拟了手术胆囊产生的形变。并且通过对连接质点的弹簧进行受力分析,模拟了手术过程中产生的反馈力,从而建立了一个物理模型。最后,本论文还进行了虚拟手术系统仿真实验,验证了文章几何建模、碰撞检测以及物理建模几大关键技术的正确性以及合理性,初步建立了一个虚拟仿真系统。