系统仿真学报 ›› 2015, Vol. 27 ›› Issue (10): 2380-2386.
山君良1,3, 司伟鑫2,3, 李小萌2, 王琼3, 彭延军1, 袁志勇4, 王平安2
收稿日期:
2015-06-10
修回日期:
2015-07-31
出版日期:
2015-10-08
发布日期:
2020-08-07
作者简介:
山君良(1990-),男,山东,硕士生,研究方向为虚拟现实;司伟鑫(1990-),男,山东,博士生,研究方向为人机交互与虚拟现实。
基金资助:
Shan Junliang1,3, Si Weixin2,3, Li Xiaomeng2, Wang Qiong3, Peng Yanjun1, Yuan Zhiyong4, Wang Pingan2
Received:
2015-06-10
Revised:
2015-07-31
Online:
2015-10-08
Published:
2020-08-07
摘要: 近年来,手术仿真领域中交互式生物力学仿真技术取得了显著的进步,但仍存在一些问题亟需解决。例如,大形变情况下的软组织形变模型,碰撞检测以及体积守恒等。因此提出了一种简单有效的计算框架来解决这些问题。为了更好地在计算机上重现人体器官的力学性质,采用基于点的方法来模拟大变形下的弹性固体,并且通过引入基于位置的方法模拟手术场景中复杂交互,摩擦过程和体积守恒,较大程度的提高了虚拟手术场景中复杂交互的实时性及稳定性。该方法经过多种基准问题的验证,实验结果表明该计算框架在视觉效果以及稳定性方面的有效性。此外,该变形计算模型可较好的扩展应用于交互式穿刺和剪切仿真中。
中图分类号:
山君良, 司伟鑫, 李小萌, 王琼, 彭延军, 袁志勇, 王平安. 交互式基于点的外科手术软组织变形仿真[J]. 系统仿真学报, 2015, 27(10): 2380-2386.
Shan Junliang, Si Weixin, Li Xiaomeng, Wang Qiong, Peng Yanjun, Yuan Zhiyong, Wang Pingan. Interactive Point based Method for Soft Tissue Deformation in Surgical Simulation[J]. Journal of System Simulation, 2015, 27(10): 2380-2386.
[1] Basdogan C, Sedef M, Harders M, [2] Peterlík I, Duriez C, Cotin S.Modeling and Real-time Simulation of a Vascularized Liver Tissue[M]// Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention-MICCAI 2012. Germany: Springer Berlin Heidelberg, 2012: 50-57. [3] Payan Y.Soft Tissue Biomechanical Modeling for Computer Assisted Surgery[M]. Germany: Springer, 2012. [4] Cotin S, Delingette H, Ayache N.Real-time Elastic Deformations of Soft Tissues for Surgery Simulation[J]. Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on (S1077-2626), 1999, 5(1): 62-73. [5] Meier U, López O, Monserrat C, [6] Nealen A, Müller M, Keiser R, et al.Physically based Deformable Models in Computer Graphics [C]// Computer Graphics Forum. USA: Blackwell Publishing Ltd, 2006, 25(4): 809-836. [7] Bro-Nielsen M.Finite Element Modeling in Surgery Simulation[J]. Proceedings of the IEEE (S0018-9219), 1998, 86(3): 490-503. [8] Molinari E, Fato M, De Leo G, [9] Debunne G, Desbrun M, Cani M P, [10] Terzopoulos D, Platt J, Barr A, [11] Terzopoulos D, Fleischer K.Deformable Models[J]. The visual computer (S0178-2789), 1988, 4(6): 306-331. [12] Teschner M, Heidelberger B, Muller M, [13] Müller M, Keiser R, Nealen A, et al.Point based Animation of Elastic, Plastic and Melting Objects[C]// Proceedings of the 2004 ACM SIGGRAPH/Eurographics symposium on Computer animation. Eurographics Association, 2004: 141-151. [14] Guilkey J E, Hoying J B, Weiss J A.Computational Modeling of Multicellular Constructs with the Material Point Method[J]. Journal of biomechanics (S0021-9290), 2006, 39(11): 2074-2086. [15] Hieber S E, Koumoutsakos P.A Lagrangian Particle Method for the Simulation of Linear and Nonlinear Elastic Models of Soft Tissue[J]. Journal of Computational Physics (S0021-9991), 2008, 227(21): 9195-9215. [16] Gerszewski D, Bhattacharya H, Bargteil A W.A Point-based Method for Animating Elastoplastic Solids[C]// Proceedings of the 2009 ACM SIGGRAPH/Eurographics Symposium on Computer Animation. USA: ACM, 2009: 133-138. [17] Jones B, Ward S, Jallepalli A, [18] Doblare M, Cueto E, Calvo B, [19] Monaghan J J.Smoothed Particle Hydrodynamics[J]. Reports on progress in physics (S0034-4885), 2005, 68(8): 1703. [20] Gray J P, Monaghan J J, Swift R P.SPH Elastic Dynamics[J]. Computer methods in applied mechanics and engineering (S0045-7825), 2001, 190(49): 6641-6662. [21] Müller M, Heidelberger B, Hennix M, [22] Kubiak B, Pietroni N, Ganovelli F, [23] Müller M.Hierarchical Position based Dynamics[C]// VRIPHYS 2008. 2008. [24] Kelager M, Niebe S, Erleben K.A Triangle Bending Constraint Model for Position-Based Dynamics[C]// VRIPHYS 2010. 2010, 10: 31-37. [25] Gerszewski D, Bhattacharya H, Bargteil A W.A Point-based Method for Animating Elastoplastic Solids[C]// Proceedings of the 2009 ACM SIGGRAPH/Eurographics Symposium on Computer Animation. USA: ACM, 2009: 133-138. [26] Irving G, Teran J, Fedkiw R.Invertible Finite Elements for Robust Simulation of Large Deformation[C]// Proceedings of the 2004 ACM SIGGRAPH/Eurographics symposium on Computer animation. Eurographics Association, 2004: 131-140. [27] Bender J, Müller M, Otaduy M A, [28] Akinci N, Ihmsen M, Akinci G, [29] Kelager M, Niebe S, Erleben K.A Triangle Bending Constraint Model for Position-Based Dynamics[C]// VRIPHYS 2010. 2010, 10: 31-37. |
[1] | 李智杰, 石昊琦, 李昌华, 张颉. 基于改进遗传算法的影像中心布局优化方法[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1173-1184. |
[2] | 陈斌, 刘悦, 杨亚磊. 基于STN的机场航班过站保障时间协同规划建模[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1196-1207. |
[3] | 杨凯, 陈纯毅, 胡小娟, 于海洋. 蒙卡渲染画面多特征非局部均值滤波降噪算法[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1259-1266. |
[4] | 陈麒, 崔昊杨. 基于改进鸽群层级的无人机集群视觉巡检模型[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1275-1285. |
[5] | 王沐晴, 张磊, 范秀敏, 骆晓萌, 朱文敏. VR外设驱动的虚拟人姿态优化仿真方法[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1296-1303. |
[6] | 陆承, 靳学胜. 基于Steam VR的交互仿真水枪灭火训练系统设计[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1312-1319. |
[7] | 高宏鼐, 付丽疆, 夏倩, 郭亚. 可观测度在光合作用模型性能评估中的应用[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1330-1342. |
[8] | 倪凌佳, 黄晓霞, 李红旮, 张子博. 基于协作式深度强化学习的火灾应急疏散仿真研究[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1353-1366. |
[9] | 蒙盾, 胡卓, 张华军. 基于改进A*算法的多层邮轮疏散系统仿真[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(6): 1375-1382. |
[10] | 郭宇飞, 赵康, 海永清. 面向有限元分析的三角网格布尔运算方法[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(5): 1003-1014. |
[11] | 吴桐, 王清辉, 徐志佳. 三周期极小曲面多孔材料渗透率尺度特性研究[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(5): 1015-1024. |
[12] | 蒋阳升, 王思琛, 高宽, 刘梦, 姚志洪. 混入智能网联车队的混合交通流元胞自动机模型[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(5): 1025-1032. |
[13] | 梁江涛, 王慧琴. 基于改进蚁群算法的建筑火灾疏散路径规划研究[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(5): 1044-1053. |
[14] | 张其文, 张斌. 基于教学优化算法求解置换流水车间调度问题[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(5): 1054-1063. |
[15] | 邢根上, 鲁芳, 李书山, 罗定提. 基于产品体验性的供应链交货模型与仿真研究[J]. 系统仿真学报, 2022, 34(5): 1064-1075. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||