一种用于软组织变形仿真的支撑球弹簧模型

基于经典的质点弹簧模型原理,提出一种用于软组织变形仿真的物理模型——支撑球弹簧模型。定义一系列具有质量、惯性以及体积特征的六自由度弹性支撑球,贴近软组织面模型下表面排布,支撑球之间由弹簧连接,共同构成软组织的支撑骨架来控制软组织的整体变形。软组织面模型的网格节点通过独立的弹簧与支撑骨架相连,当支撑骨架发生变形时将带动整个软组织发生变形。将此模型运用到角膜变形仿真中,获得了快速、稳定的变形效果,可进一步用于角膜虚拟手术。理论与实践均表明,该模型简单实用,效果良好。     

生物软组织力反馈触觉建模测试系统研制

设计了一种结构新颖的用于生物软组织力反馈触觉建模的测试系统。阐述了系统结构与工作原理,介绍了系统的机械设计、硬件电路和系统软件。系统采用计算机测量并控制带有力和位置传感器的单自由度机械手,通过插针实验与动物软组织交互得到软组织的力反馈触觉模型。以猪肝为标本进行实验,实验结果和现有的理论模型较为符合,该系统可以用于软组织触觉建模实验研究。     

基于力反馈的虚拟脊柱手术模拟系统的构建

针对医学手术排练演习和手术教学开发了虚拟脊柱手术模拟平台。在该平台上能够根据手术的真实环境,模拟常用手术器械和脊柱结构,实现人机实时交互。详细介绍了系统的硬件环境参数,并基于3DS MAX的建模和力触觉渲染引擎CHAI 3D进行仿真。仿真实验结果表明,基于力反馈的虚拟脊柱手术模拟系统可以有效地模拟脊柱手术时的力反馈状态,帮助医师进行脊柱手术术前训练,并适用于高校的医学教学和医疗机构人员的培训。     

非线性多弹性腔模型的数字仿真研究

本文采用数字仿真方法,运用连续系统仿真语言DARE—P/VAX,对非线性双弹性腔模型与非线性三弹性腔模型在计算机上进行模拟。並在建模时,选用了由试验数据拟合得到的对数关系式来表示人体动脉与体积的非线性关系。结果表明由非线性三弹性腔模得到的压力和流量波形比非线性腔模型更接近实测曲线。     

实时力反馈技术在手术仿真中的实现与应用

文章介绍了一种应用于手术仿真中的实时力反馈技术。主要讨论了其实现的步骤过程和系统仿真结构,分析了其采用的质点-弹簧-阻尼器物理仿真模型,并描述了手术仿真中虚拟手术器械挤压软组织模型的面弹力和在软组织表面上的粘滞摩擦力的实现原理和方法,同时,为手术仿真中实时力反馈的实现和应用提出了一种解决的方案。     

立体显示技术在力反馈仿真手术的应用

本文介绍了立体显示技术,并且结合触觉编程开发包OpenHaptics,应用于以PHANToM作为力反馈设备构建的虚拟手术仿真系统上。使仿真系统能够实时进行具有立体感的多种手术操作,提供真实的立体视觉反馈和力反馈,具有良好的沉浸感和交互性。     

一种基于物理意义的快速力反馈形变模型及实时力觉响应算法

虚拟物体在受力作用时的形变建模是虚拟环境中力/触觉人机交互的关键.文中提出了一种新的基于物理意义的形变建模方法,不仅计算速度快,满足力反馈的实时性要求,而且能够同时保证接触力和形变的计算具有较高的精度,适用于具有较大变形量的柔性物体的力反馈计算,满足精细作业对虚拟现实系统的要求.     

基于力反馈技术的三维模型表面绘制技术研究

本文将力反馈技术引入虚拟绘制过程中,提出一种基于力反馈技术的三维模型表面绘制方法。首先分析毛笔在三维绘制过程中的受力和变形,采用弹簧-振子模型建立三维毛笔模型;然后由毛笔碰撞变形后的最小包围球找出碰撞相关点,计算碰撞相关点的平均法矢确定投影平面,通过计算毛笔的变形得出在投影平面上的笔触,将该笔触投影到三维模型表面,同时控制毛笔的受力和运笔路径叠加笔触获得具有特定书法效果的三维笔道;最后介绍了仿真系统,使用Phantom Desktop力反馈设备在该系统中实现了三维模型表面的绘制。仿真结果表明,该方法再现了三维模型表面绘制的力觉控制过程,增强了绘制过程中的真实感。     

一种质点力反馈模型的理论与实现研究

文中建立了一个质点力反馈模型的一般理论,并具体设计了实现各种力反馈的算法,最后在自行设计的力反馈系统上实现了该模型和算法。     

基于力反馈的夹持器系统模型

分析了基于力反馈的夹持器系统的各个子系统,建立了包括位/力转换子系统、榆测了系统、电机及驱动子系统、控制了系统在内的各子系统数学模型.进而得到了带饱和非线性环节的整个闭环系统的分段状态空间模型.利用系统实际响应,通过最小二乘法和遗传算法得到了该非线性模型的参数,对实际系统、基于2阶线性简化模型的仿真系统与基于本文所提出...     

基于局部动态模型的软组织形变建模与仿真

选择人体软组织模型作为研究对象,针对医学触诊训练的特点,提出了可变区域的局部质点-弹簧/阻尼器(ALMSDM)模型.该模型具有位置可变及区域可扩展的动态特性,改善了以往文献中局部建模方法静态限定的局限,解决了全局“面模型”形变恢复能力差及数据量大的问题.结合ALMSDM的特点,提出了顶点法向量局部更新与预计算策略,从而极大地提高了系统的实时性.从形变恢复能力、反馈力及实时性3方面对不同模型下的系统性能进行了评价,结果显示所提算法能够保证虚拟软组织形变仿真的精确性与实时性,具有可行性与通用性.     

一种基于逐次逼近法求解软组织力平衡的方法

进行腹腔微创手术操作时,为获得软组织变形的图形反馈,需要进行软组织的力平衡求解.建立了胆囊及其附属管路的几何模型,对其赋予弹簧一质点力学模型,提出了一种基于逐次逼近法的力平衡算法求解软组织力平衡.该算法编程量较少,易于实现,仿真实时性也较好.仿真实验表明,该算法可以产生较为真实的软组织图形反馈,可以实际应用于软组织仿真...     

一种三维力反馈训练仿真控制系统设计

针对空间站舱外任务需要研究人员通过遥操作控制平台对空间站机械臂遥操作来完成,而空间站机械臂研制成本高,无法实现现场调试,直接投入使用风险性高,系统安全性与可靠性无法保障的缺陷与不足,设计了一种面向空间站机械臂的遥操作力反馈训练的仿真控制系统.重点阐述了该系统的工作原理以及系统硬件和软件设计思路.该系统的力反馈手柄具有3个自由度,充分模拟操作空间;力反馈手柄末端位置信息和力反馈信息,由微控制器STM32系列单片机与PC实现数据传输.实验结果验证了该系统面向空间站虚拟机械臂的力反馈控制仿真功能、系统硬件和软件的可靠性,为空间站机械臂的虚拟仿真提供了一种可行方案.     

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。     

一种基于弹簧振子模型的颅面软组织仿真算法

软组织仿真研究是利用计算机技术对真实软组织进行模拟以便研究,为医学工作者提供辅助和帮助科研工作者更好地进行虚拟手术。这方面的研究在国外已经较为普及,在国内尚处于起步阶段。软组织仿真算法已有多种成熟模型,其中较为代表性的有弹簧振子模型（MSS）和有限元模型（FEM）。在参阅了前人的研究基础上,选取了弹簧振子模型作为软组织仿真的物理形变模型,并对仿真算法进行编码和仿真实验,进而对实验效果进行分析,并提出改进之处。实验发现基于弹簧振子模型的软组织较好地实现了形变仿真的效果。     

一种被动力反馈阻尼器及其模型研究

根据力觉反馈的需要,设计了一种基于磁流变液的阻尼器,并建立了模型。介绍了磁流变液阻尼器的设计方法,该阻尼器由上、下盖组成密闭的壳体,转子通过轴设置于壳体内,壳体内充满磁流变液,在磁场作用下磁流变液屈服应力产生变化,转子相对于壳体转动时阻尼力连续快速变化,分析了阻尼器阻尼力构成及其可控性,运用较为简化的方法建立了阻尼器的逆动态模型,利用研制的阻尼器原型设计了实验系统并进行了挤压柔顺性物体和碰撞刚体力反馈实验,实验中阻尼器能够实现大范围的力觉反馈,因此表明设计方法有效、模型正确。     

基于社会力模型的人群状态仿真的研究与实现

人群是复杂的系统,能够产生连续的事件和行为,同时群体危机或灾难是群体系统自身状态渐近演化,逐步累积的结果。在计算机视觉和智能监控领域,以往的研究主要集中于对个体目标跟踪和动作识别与理解及相关分割算法,对群体的运动和行为的研究还不丰富,即对于群体运动和状态发展的特殊性的关注。本文的研究目的是使用社会力模型建立模型,探索群体系统状态演进过程的规律、提供预报提高应急措施的效率,将群体危机或灾难消除在萌芽阶段。     

支持力反馈的肝脏手术虚拟仿真及研究

该文提出了一种基于支持力反馈的肝脏虚拟手术仿真系统,支持力反馈的肝脏虚拟手术仿真实现流程主要包括CT影像的肝脏三维重建、空间场景构建、实时动态交互设计、反馈力的手术操作仿真.虚拟仿真环境搭建完成后,用户能够通过头盔式显示设备HTC Vive Pro及其所配备力反馈手柄在虚拟手术场景中进行肝脏手术切割的沉浸式知识学习及实...