虚拟手术仿真中人体软组织形变技术的研究

对虚拟手术仿真中人体软组织形变技术进行深入研究,利用OpenGL三维图形标准建立了基于质点-弹簧物理模型的虚拟人体软组织形变系统。围绕虚拟手术仿真中人体软组织形变的逼真度和实时性两大要素展开研究,通过对比四边形网格结构提出了改进的基于质点-弹簧模型的正六边形几何拓扑结构,并对软组织形变动力学模型及其数值积分算法、软组织形变力反馈计算模型进行了讨论,针对以往的虚拟手术器械与软组织表面接触时作用点的最近邻质点求取算法存在的不足,提出了改进的求取算法。实验结果表明,改进的算法在模拟软组织形变时具有较好的稳定性和实时性。     

虚拟手术中肝脏形变仿真系统

由于肝脏具有复杂的生物力学特性,因此在进行形变仿真时,计算量大而难以达到实时性要求;同时在对肝脏形变实时仿真时却很难达到真实感.为了解决这一矛盾,需要研究一种可以自动依据手术器械操控区域及施力大小而动态转换的混合模型,通过理论分析提出了一种肝脏网格与无网格混合模型的构建方法.实验结果表明,该算法具有较高的计算效率且形变具有较好效果,能够满足虚拟肝脏手术仿真的真实感与实时性要求,对虚拟肝脏软组织手术研究具有一定的指导意义.     

基于改进弹簧振子模型的软组织形变仿真

研究虚拟手术中软组织形变的特定性优化问题。传统弹簧振子模型由于采用线弹力方程及显示欧拉积分法求解,导致的真实性低、计算复杂、实时性差的问题。为解决形变动特性问题,提出一种改进弹簧振子模型的形变方法,采用四面体网格弹簧振子模型进行建模,并通过定义质点间弹簧的非线性弹力方程以及作用于质点的体积力方程,来减弱超弹性现象的发生,提高真实性。模型求解时,采用一种改进显式欧拉积分的动态局部算法来求解形变方程。实验结果表明,所提算法提高了形变仿真的真实性、实时性和稳定性,可为软组织形变动态仿真系统的设计提供参考。     

真实软组织特性的肝脏组织物理建模及受力分析优化

为解决人软组织系统物理建模过程中存在的精确性与实时性之间的矛盾,选择典型的人体软组织——肝脏为实验对象,建立了一套满足实时性的复杂软组织物理建模方法.首先在基于表面模型的质点-弹簧系统基础上引入了体弹簧,采用能够满足体行为模拟的质点-弹簧模型;在质点质量分配方面,采用体离散化的方法完成了质点质量的确定,同时提出了基于层次包围盒的重心修正方法;在弹簧参数设定方面,通过真实软组织生物力学实验和参数分析,提出分段线性化弹簧参数设定方法;最后提出了作用力影响范围的受力优化分析方法,以提升变形仿真的速度.实验结果表明,该方法能够更好地模拟软组织的形变,并提高模拟仿真的实时性.     

一种用于实时软组织变形仿真的有限元模型

软组织模型的变形计算是虚拟手术中的一个重要组成部分,尽管大量的研究一直致力于模拟软组织的形变,软组织变形的建模仍然是一个具有挑战性的问题。从仿真实时性的角度,提出了一种基于混合有限元模型的软组织模型解决方案。实验仿真表明该方案提高了计算效率,节省了大量内存,实验仿真表明达到了实时性仿真水平。     

实时交互式软组织切割与变形计算模型

为提高虚拟手术模拟的交互性与实时性,提出一种软组织实时切割与变形计算模型.该模型以混合有限元模型为基础,根据手术过程中不同区域的交互特点,利用GPU加速手术区域的切割与变形计算;同时,对非手术区域的软组织因交互而引起的实时变形可通过选择性相乘的方法快速实现.实验结果充分证明,该计算模型可以灵活有效地实现实时软组织的交互切割与变形模拟.     

耦合无网格迦辽金与质点弹簧实现软组织形变仿真

软组织形变仿真是虚拟手术系统的关键技术.针对目前软组织形变仿真方法存在的问题,基于黏弹性力学模型提出了无网格伽辽金(EFG)与质点弹簧(MS)耦合的软组织形变仿真方法.在手术区域即大变形和拓扑改变区域采用EFG,其他区域采用MS方法,2个区域之间建立过渡单元;在过渡单元内建立过渡节点,根据过渡节点必须满足位移和力平衡条件来实现2个区域的无缝耦合.对人体肝脏的形变仿真实验结果表明,该方法是有效的.     

质点弹簧模型在牙龈软组织形变仿真上的改进与应用

牙龈软组织的形变仿真和建模是虚拟牙齿矫正系统的重要部分.针对外力过大时传统质点弹簧模型引起的牙龈脱落牙齿的"超弹性"问题,在传统"面模型"的基础上,通过对比形变效果和形变速度来设置形变弹簧最优阈值.当形变弹簧缩短或伸长超过阈值时,将弹簧长度恢复为原始长度以作为下一次单步形变的初始长度,从而使面模型具有一种"体"的特征.在形变结束后采用"光滑度之和"来度量牙龈表面的光滑度,该方法从数值上对光滑度进行合理定义.在VTK环境下实现改进模型及相关模型,在真实扫描的牙颌三维模型数据上进行牙龈软组织形变仿真对比实验.结果表明,改进模型形变速度提高28%以上且光滑度之和明显降低,说明改进模型在保证较快形变速度的前提下较好地解决了超弹性问题.     

虚拟膝关节手术中的实时大范围形变方法

虚拟膝关节手术过程中要求对膝关节3D几何模型进行实时的大范围形变,而形变的特点,包括总体轮廓、细节保持、实时性、平滑性以及拓扑性等都影响到它的真实感。针对膝关节3D模型得到了一种新的形变方法,根据模型的横截面构建出模型的骨架,并利用柱坐标的变换来实现大范围形变,使形变能保持良好的局部细节特征,算法能满足虚拟手术的实时性和真实感的要求。该方法也能推广应用于其他类似的关节弯曲运动的实时变形。     

基于移动最小二乘法的无网格肝脏形变研究

在手术虚拟仿真对软组织形变研究中,采用传统的网格形变方法,由于出现网格畸变、网格重构会影响形变效果的问题.针对手术虚拟仿真要求尽可能逼真地模拟形变以达到良好的真实感,提出了一种基于移动最小二乘法的无网格方法对以肝脏为对象的软组织进行形变研究,考虑肝脏软组织生物力学特性,采用Voigt模型对肝脏软组织进行物理建模.同时,针对无网格肝脏模型的碰撞检测,提出AABB包围盒与八叉树空间分割相结合的碰撞检测算法,在肝脏模型体节点的合理布局基础上可以对碰撞进行有效准确的检测.实验结果表明,无网络方法实现简单且具有较好的形变真实感,对虚拟手术中软组织形变研究具有重要的指导意义.     

对软件测试过程模型的思考

在深入分析传统软件测试过程模型特点的基础上,提出了一种新的软件测试过程模型——并行"与"模型,并详细描述了各阶段的具体任务,更贴切地描绘出软件测试活动的复杂关系,充分反映出软件测试活动与开发活动之间的时序性、层次性、迭代性和并行性。     

软件测试过程模型研究

在对现有模型进行系统研究的基础上,提出了一种新的软件测试过程模型——并行“与”模型,并详细描述了各阶段的具体活动。该模型贴切地描绘出软件测试活动的复杂关系,充分体现出了软件测试活动与开发活动之间的层次性、并行性、时序性和迭代性。     

CIM逻辑模型的关系实现

针对逻辑模型在查询和存储方面的不足,定义与其具有一致表示能力的关系模型,并将逻辑模型中以句子形式表示的逻辑约束转化为针对关系模型中逻辑关系的势的约束。根据模型的访问,以IEC61970所采用的数据访问接口DAF为例,在上述关系模型中给出基于关系代数的实现。研究结果表明,通过选择合理的关系模型,可以在保持逻辑模型丰富的表达能力的基础上,利用关系代数提高模型访问的效率,同时保证约束判定的有效性。     

数据模型及其发展历程

数据库是数据管理的技术,是计算机学科的重要分支.经过近半个世纪的发展,数据库技术形成了坚实的理论基础、成熟的商业产品和广泛的应用领域.数据模型描述了数据库中数据的存储方式和操作方式.从数据组织形式,可以将数据模型分为结构化模型、半结构化模型、OLAP分析模型和大数据模型.20世纪60年代中后期到90年代初,结构化模型最早被提出,其主要包括层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型等.20世纪90年代末期,随着互联网应用和科学计算等复杂应用的快速发展,开始出现半结构化模型,包括XML模型、JSON模型和图模型等.21世纪,随着电子商务、商业智能等应用的不断发展,数据分析模型成为研究热点,主要包括关系型ROLAP和多维型MOLAP.2010年以来,随着大数据工业应用的快速发展,以NoSQL和NewSQL数据库系统为代表的大数据模型成为新的研究热点.对上述数据模型进行了综述,并选取每个模型的典型数据库系统进行了性能的分析.     

形状模型在混合建模环境中的映射研究

混合建模技术是ＣＡＤ研究继承参数化特征建模技术之后的又一研究热点,线框,曲面和实体模型３种模型间的转换是混合建模技术的核心,本文介绍了：１）实体模型到线框和曲面模型的映射;（２）线框模型到实体模型的映射,３）曲面框型到实体模型的映射,为混合建模技术做了一些有益的探讨,并将模型映射算法成功地应用于ＩＧＥＳ和ＳＴＥＰ的前后置处理器的设计中,取得了满意的结果。     

基于模型操纵的模型集成理论的研究

基于模型操纵的模型集成的主要研究对象是模型的输入输出参数，因此，本文给出了模型的二元组表示，即输入集、输出集，提出了模型组合关系与模型集成结果等概念，具体分析了模型集成结果的存在性问题，证明了其存在的几个充分条件，在证明中给出了在满足充分条件下模型集成的构造方法．     

对象模式到关系模式转换研究

数据在信息系统中的使用面临着这样一个困难,即:数据存储是以关系模型为基础,而软件开发以对象模型来进行,造成了软件开发中数据访问技术的不和谐。提出并建立了一个软件框架,并就对象模式到关系模式的转换进行了研究。     

计算机安全中的经典模型

安全模型是构造安全计算机系统的基础。到目前为止，已有多种公开发表的安全模型。本文总结了几种重要的早期安全模型，其中包括访问矩阵模型，HRU模型，BLP模型、格模型和无干扰模型。并对它们进行了分类和简要评递。本文将它们称为经典安全模型。这些经典安全模型都是开创性的，从各个不同的方面对安全问题进行抽象，模型所定义的安全问题具有典型性，并对后续的研究产生了重要影响。目前，共享计算机系统的安全问题仍然是计算机科学的中心问题之一，研究这些经典模型，对于我们全面理解计算机系统的安全问题，展望未来发展方向，具有重要意义。     

演化软件过程模型

根据目前软件开发的趋势,介绍了几种常见的软件开发的演化模型,包括增量模型、螺旋模型、并发开发模型等。简要介绍了每一种软件开发模型的工作过程、基本成分和演化过程,以及它们在现代软件开发中的应用情况。     

UML活动图模型正确性诊断方法

UML活动图的正确性决定了业务流程的正确执行,为此,提出一种UML活动图模型的正确性诊断方法。将模型分解后,对子模型进行模型验证,并对验证错误的子模型进行模型诊断,得到诊断结果。在质量管理过程实例中的应用结果表明,该方法能减小模型空间,减少诊断次数,准确锁定错误,有效地对模型的正确性进行诊断。