随着医疗水平的不断提高,人们对医护人员的技能要求也越来越高。从学员到临床医师需要漫长、重复的手术训练过程。虚拟手术系统作为一个新型教学训练平台,为医疗人员培养解决了一系列的难题。为了提高牙科学员的牙齿根管手术操作训练效率,本文针对牙齿根管手术虚拟仿真训练系统开发的相关内容进行研究。首先,本文针对牙齿根管手术虚拟仿真训练系统系统设计,结合牙齿根管预备临床手术与传统训练要点,进行了训练系统需求分析,将虚拟手术系统分为了场景模拟、操作训练、训练评分三个主要功能模块;此外为了保证训练系统的实时交互功能,基于多线程思想,采用可移植性强、扩展性高的OpenGL图形库进行图像渲染,利用Geomagic touch力反馈设备开发库中最接近设备硬件的OpenHaptics HDAPI方法进行力触觉渲染,设计了牙齿根管手术虚拟仿真训练系统软件实现方案。其次,本文针对于虚拟场景的构建与管理。通过只保留传统AIF结构中顶点与面片图元数据,简化网格数据结构的方式,构建了牙齿三维网格模型中图元数据的拓扑关系,实现了高效率的虚拟场景中三维模型数据的管理与查找工作;此外,采用齐次矩阵的方式,将空间坐标系表示、空间位姿表示、场景坐标投影变换、三维运动算子等处理方法进行了统一管理,完成了虚拟场景视角变换工作以及交互设备与虚拟场景坐标空间映射工作。再次,基于有向点、三角面片两种图元设计了基于模型图元的动态过程的实时碰撞检测方法,同时,采用了基于空间八叉树的模型空间剖分方法优化算法,完成了牙齿根管预备虚拟手术系统中,对复杂牙齿模型准确、实时的碰撞检测工作。实验结果表明:两种基于图元的碰撞检测方法都能够准确完成检测工作;其中在处理高精度模型时,基于有向点的动态过程碰撞检测算法检测效率更高;基于空间八叉树的检测算法优化方法对算法实时性有明显的提高作用,但是优化参数需要结合模型情况进行调整。最后,本文基于God-Object力反馈计算方法,完成了根管预备虚拟手术系统中力反馈特性模拟;基于杆件弯矩原理设计了一种杆形工具模型动态弯曲控制方法,实现了根管预备虚拟手术系统中根管锉工具模型的弯曲形变物理特性模拟;基于能量耗损方式设计了一种牙齿网格模型切削形变控制方法,利用摩擦力做功的方式对牙齿顶点数据能量进行磨损,实现了根管预备虚拟手术系统中牙齿模型物理形变特性模拟。实验结果表明:三种物理特性模拟方法都能够有效地实现各部分功能模拟,有利于提高根管预备虚拟手术训练系统的真实性。