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.

改进的血管三维建模算法

针对现有基于细分曲面的血管建模算法不能处理任意拓扑结构的血管数据,以及保证血管分叉处的光滑过渡等问题,对该算法进行了改进.首先采用有向图表示血管段之间的关系,然后对血管中心线模型进行双向自适应采样,最后采用Loop细分模式生成血管曲面.实验结果表明,采用文中算法能够有效地处理任意拓扑复杂的血管数据,并且能生成高质量的三维血管模型.

实时多组织虚拟手术的反馈力模拟

为了在虚拟下颌整形手术系统中提供实时和真实的触觉交互,分别构建了基于虚拟中介平面的推操作触觉模型、基于粘附力的拉操作触觉模型和基于非线性粘弹性的针刺触觉模型,以模拟皮肤拉钩、整形镊和针的典型手术操作;同时通过相邻组织间的动态触觉约束建立了多组织联合形变模型,以避免表面弹簧-质点模型形变过程中可能出现的表面间相互穿透的异常现象;并进一步将触觉交互模型和多组织形变模型集成于虚拟下颌手术系统,从而为医生提供一个手术训练的虚拟平台.触觉感知和交互效率的实验结果表明,通过触觉交互识别皮肤、肌肉和骨骼能够获得较高的识别正确率,并能提供实时的触觉和视觉交互体验.

反应磁控溅射制备SiOx渐变折射率红外梳状滤光片

梳状滤光片是一种特殊的非均匀光学薄膜器件,其膜层折射率渐变分布结构使它与常规均匀光学薄膜相比具有更好的光学和机械性能。利用反应磁控溅射工艺,改变沉积SiO_x(0≤x≤2)膜氧化程度,获得折射率从2.74逐渐变化到1.58(λ=1550 nm)的SiO_x渐变折射率薄膜材料。通过调制膜层折射率振幅和引入膜层-外部介质折射率匹配层,成功地设计并制备了具有较好光学性能的SiO_x渐变折射率红外梳状滤光片光学薄膜器件。使用单一的硅溅射靶材,通过改变氧化程度获得可变折射率材料的方法,为特殊光学薄膜器件的制备提供了一种经济实用的工艺路线。