基于BP神经网络的虚拟手术实时仿真技术研究

在人体腿部的虚拟仿真研究中,建立有限元模型并进行生物力学特性分析是一种有效的方法.但由于有限元模型数据量大,解算时间长,并且难以与既有系统融合,因此不适合在实时的手术培训和手术预演中应用.为了提高虚拟手术仿真系统进行实际作业的能力,笔者提出了以BP神经网络模型来代替有限元模型,实现实时的生物力学响应.并结合已有的医疗机器人辅助接骨虚拟现实仿真手术系统,构建了系统实验平台.实验结果证明,人体腿部的BP神经网络模型能够完全满足手术仿真所需的实时性要求.     

基于神经网络的虚拟手术实时仿真

为了在PC机上实现可用于手术培训和手术规划的虚拟手术环境进行生物组织建模与仿真研究.虚拟手术目前面临的主要难题是建模的准确性和仿真的实时性问题.首先建立了生物组织运动的力学平衡等式并且建立了几种典型模拟生物组织的材料模型,利用有限元分析的方法,对高度非线性的生物力学方程进行求解,为了实现实时仿真的要求,通过神经网络技术学习有限元分析结果再集成到整个系统中.文中给出了该方法在正骨手术仿真中的应用.结果证明,基于该方法建立的仿真系统既体现了生物组织的材料特性又满足了实时仿真的要求.     

挖掘机器人虚拟样机建模策略与仿真技术研究

为了全面分析挖掘机器人的综合性能,提出基于数字化虚拟样机的虚拟测试评估方法.以一台3.5 t试验型挖掘机器人为对象,系统研究挖掘机器人虚拟样机的子系统建模及模型集成技术.利用Pro/E和ADAMS软件建立机械子系统、液压子系统、伺服控制子系统、节能控制子系统以及土壤挖掘阻力模型,并在ADAMS环境中利用参数关联和模型集成技术,将各个子系统模型集成,构成机电液一体化的挖掘机器人虚拟样机模型.最后通过实验证明了样机模型的精确性.该集成样机模型能够代替实际物理样机对各个子系统的性能进行仿真分析,并从系统的角度对挖掘机器人的性能进行综合评估,提高了产品开发速度和精度,降低了开发成本.     

基于BP神经网络的虚拟手术实时仿真技术研究

在人体腿部的虚拟仿真研究中，建立有限元模型并进行生物力学特性分析是一种有效的方法．但由于有限元模型数据量大，解算时间长，并且难以与既有系统融合，因此不适合在实时的手术培训和手术预演中应用．为了提高虚拟手术仿真系统进行实际作业的能力，笔者提出了以BP神经网络模型来代替有限元模型，实现实时的生物力学响应．并结合已有的医疗机器人辅助接骨虚拟现实仿真手术系统，构建了系统实验平台．实验结果证明，人体腿部的BP神经网络模型能够完全满足手术仿真所需的实时性要求．     

基于六轴工业机器人的虚拟仿真教学系统开发与应用

以工业用六轴机器人为研究对象,分析其结构组成及运动特性,并完成六轴工业机器人的三维建模。在Unity3D虚拟仿真环境中集成三维仿真模型,实现了对模型的运动控制。设计开发了一种六轴工业机器人虚拟仿真教学系统,并实现了系统网站部署访问。该六轴工业机器人虚拟仿真教学系统能够为相关实验教学提供辅助支撑。     

外科手术机器人技术发展现状及关键技术分析

外科诊疗是医疗机器人研究和应用最广泛也是比较成熟的领域,目前研究主要集中在脑神经外科、整形外科、介入式无损检测、角膜移植等领域.为促进我国医疗机器人技术的研究和发展,在充分论述医疗机器人研究意义的基础上,对国内外典型外科手术机器人的研究及应用状况作了详细介绍,并对研究医疗机器人所涉及的手术机器人机构、医学三维图像建模、虚拟手术仿真、遥操作网络传输等关键技术进行了详尽的分析,同时指出了今后的发展方向.     

Simulink和SimMechanics环境下并联机器人动力学建模与分析

为了对六自由度并联机器人动力学模型进行充分验证和分析,并提高建模与分析的效率,提出在Simulink和SimMechanics环境下进行动力学建模与分析的计算机辅助方法.将六自由度并联机器人描述为单个刚体,采用凯恩方法建立其单刚体动力学模型,设计了基于铰点空间控制策略的经典PID控制器,并在Simulink和SimMechanics这2种环境下进行了动力学建模仿真,六自由度并联机器人的动力学响应完全一致,说明了在Simulink和SimMechanics 2种环境下的动力学模型都是正确的,并且所提出的方法也可应用于所有机械系统的动力学建模与分析.     

一种仿青蛙跳跃机器人虚拟样机建模

针对目前跳跃机器人模型,仿照青蛙的身体结构,依据其跳跃的特点设计了一种仿青蛙跳跃机器人的系统模型,并设计出了各部分整体结构,并在此基础上进行了机器人虚拟样机建模,该机器人模型具有很好的仿生学特征,其特点是体积小、重量轻,适应能力强.     

一种基于图像导航的骨外科手术机器人系统

髓内钉远端孔锁定是目前长骨骨折内固定手术中的难题.介绍了一种机器人外科手术系统及作为其核心技术的图像导航方法.首先对X光图像进行畸变矫正和对比度增强,然后提出一种基于几何模型的对准方法,得到一条能够穿过髓内钉远端孔的三维路径,从而引导串联机器人锁定髓内钉.系统还包括虚拟手术仿真子系统和遥操作子系统,可以模拟、监控手术过程,并可使医生远距离操作系统完成手术.实验表明,该系统能成功实现用机器人锁定髓内钉.并且与传统手术方法相比,具有较高的定位精度和稳定性,可以大大减少手术所需时间,降低医生所受辐射剂量.     

虚拟样机技术在门座起重机设计中的应用

分析门座起重机设计的现状,结合虚拟样机技术、参数化建模技术实现门座起重机的三维参数化建模,并应用虚拟装配技术生成整机系统的虚拟样机模型;通过对门座起重机虚拟样机的建模分析,为起重机有限元动力学分析提供精确的模型,减少设计开发成本.     

基于AVS的颅颌面整形手术计算机模拟的研究

建立了一套适用于正颌外科,口腔正畸科和颅颌面整形外科等颅颌面畸形整形手术,基于多媒体PC机的立体可视化整形手术模拟计算机辅助系统.原型对以统一规范方法采集的头颅CT图像数据进行预处理、数据格式转换,并在图像配准基础上,通过立体可视化技术,对断层图像进行三维重建和立体显示;最后,运用多平面分割、可视化交互技术,实现Le Fort Ⅰ手术模拟.     

外科手术机器人技术发展现状及关键技术分析

外科诊疗是医疗机器人研究和应用最广泛也是比较成熟的领域，目前研究主要集中在脑神经外科、整形外科、介入式无损检测、角膜移植等领域．为促进我国医疗机器人技术的研究和发展，在充分论述医疗机器人研究意义的基础上，对国内外典型外科手术机器人的研究及应用状况作了详细介绍，并对研究医疗机器人所涉及的手术机器人机构、医学三维图像建模、虚拟手术仿真、遥操作网络传输等关键技术进行了详尽的分析，同时指出了今后的发展方向．     

虚拟电子沙盘实现技术探析

虚拟电子沙盘的真实感实现是建立三维作战模拟系统的关键 .给出了一个基于PC机的虚拟电子沙盘系统实现的结构框图 ,并详细阐述了系统实现的关键技术 :建模技术、可视化技术、系统集成技术以及数据库技术     

增强现实技术在建筑设计仿真中的应用

基于虚拟现实技术的建筑设计仿真技术,在仿真时需对建筑设计本身及周边环境进行大量建模,并且周边环境的模型与真实环境相比存在失真。本文提出基于增强现实技术的建筑设计仿真技术,通过增强现实技术中的真实对象位置姿态跟踪技术及虚实融合技术,将建筑设计三维模型在真实世界中注册,并与真实的建筑周边环境融合。实验结果表明,该方法在技术上可行,并能有效避免建筑设计仿真过程中对周边环境的建模,同时保证在仿真结果中周边环境的真实性,有利于设计师对建筑设计方案做出更合理的评估。     

颅颌面整复术前规划虚拟截骨研究

虚拟外科手术是虚拟现实技术在医学领域的一个重要研究方向．建立颅颌面虚拟手术可通过分析病人的个体手术计划及步骤，降低颅颌面外科手术风险并提高手术精度．虚拟截骨是虚拟手术中的重点及难点，故侧重探索颅颌面虚拟术前规划技术中关键的虚拟截骨，以整形外科手术中的下颌角骨组织切除作为研究内容．以MC算法实现头颅的DICOM格式CT图像三维重建；利用二元树结构定义在重建出的三维头颅模型上分离出下颌升支；再研究虚拟截骨算法并对下颌升支实施虚拟截骨．虚拟截骨结果表明，本研究采用的三维重建算法及截骨算法得到成功应用，该系统具备一定的应用价值．     

基于3DS MAX的虚拟轴机床的运动学仿真

基于 3DS环境和MAXScript脚本语言开发平台 ,在虚拟环境下对该虚拟轴机床进行了样机的实体建模、运动学仿真 ,给出了样机仿真实例     

一种面向虚拟环境的真实感地形生成算法

给出了一种面向虚拟环境的地形生成算法模型．引入Perlin噪声作为地形高度生成器的基本模型,通过控制噪声的幅度和频率以及噪声叠加,可以生成形态各异的地形．在渲染过程中,使用了3D纹理映射技术,可以模拟随海拔高度而各异的生态景象．给出了一种地形描述脚本语言,能够以数据驱动的方式快速而方便地生成地形．实践证明,用该算法模型在普通PC平台上能够生成真实感较强的地形,并能方便地应用到虚拟现实系统中,满足实时模拟的需要．     

三维虚拟校园系统设计与实现

以抚顺大学新校区作为研究对象,设计实现了虚拟校园漫游系统。重点研究了两个方面的内容,一 是基于建筑图纸的三维模型的建立和优化,二是基于Virtools实现用户与校园虚拟环境的动态交互。首先在 AutoCAD中对建筑设计图纸进行整理,作为建模的框架依据;然后利用3dsmax按真实尺寸比例建立校园模型,通 过烘焙后得到真实感较强的校园模型;最后将模型导入到Virtools中实现自主漫游功能并设计了碰撞检测,避免了 上天入地的不真实现象。所建立的虚拟校园漫游系统得到了实际使用,很好地展示了新抚顺大学的风貌,取得了良 好的效果。