虚拟手术中带摩擦的碰撞力计算及其物理仿真研究

虚拟手术训练中,碰撞力的计算必不可少,常见的碰撞力计算中,经常会忽略碰撞体之间的摩擦。提出一种带有摩擦的碰撞力计算方法。首先,建立计算机图形学物理仿真中最为常用的粒子系统,总体的常微分方程通过隐式欧拉方法求解,通过碰撞检测找出潜在的碰撞点,建立碰撞约束和摩擦约束数学模型,再通过类高斯-赛德尔算法求解出摩擦接触力。然后分别进行10次单接触面和双接触面的接触碰撞实验,分析其相应时间和稳定后起伏平均值,再进行100次多接触点碰撞实验,分析其平均运算时间。实验表明,在单接触面和双接触面接触的情况下,模型碰撞的平均响应时间为0.02 s,接触力稳定后的平均起伏范围为±0.02个单位。在多接触点接触的实验中,11个接触点接触时,平均每个接触点的运算时间为1.9 ms,满足物理仿真的实时性要求。

五自由度虚拟手术力反馈系统的设计与实现

以在虚拟膝关节镜手术中,触力觉信息的实时呈现对于手术模拟的逼真度至关重要。通过分析膝关节手术的自由度需求,提出力反馈系统的机构设计方案,并分析了该机构的运动特性。在此基础上,设计该机构的控制模块。最后通过QT软件,开发了力反馈装置与虚拟场景的接口程序。