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
第一作者简介: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,李小萌等 . 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,et al . 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] | 黄涛, 张智, 丁玉杰, 陈艳波, 王晶, 张文倩. 考虑动态频率安全与N-k故障的鲁棒应急调度方法[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 2981-2993. |
| [2] | 张润昭, 陈艳波, 黄涛, 田昊欣, 强涂奔, 张智. 基于异构负荷特征解析预测的虚拟电厂调度方法[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 2994-3006. |
| [3] | 于祥星, 赵艳东, 张宝琳. 基于电涡流NES的海上风机塔架振动控制[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3007-3017. |
| [4] | 李斌, 王于绰. 基于多策略融合的光伏系统故障诊断方法[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3018-3032. |
| [5] | 李孝斌, 胡冰, 尹超, 李波, 马军. 基于时空图卷积的汽车配件供应链需求预测与仿真分析[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3060-3074. |
| [6] | 彭艺, 雷云揆, 杨青青, 李辉, 王健明. 改进PID搜索算法的山地环境无人机路径规划[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3075-3086. |
| [7] | 陈逸, 邱思航, 朱正秋, 季雅泰, 赵勇, 鞠儒生. 基于启发式的人-大模型协作寻源方法[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3112-3127. |
| [8] | 索婧怡, 卢柏宏, 屈澈. 影视LED光源光强分布测定及其在游戏引擎中的仿真研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3140-3151. |
| [9] | 龚建兴, 胡海, 任海慧, 吴瑞祥. 面向虚实结合的军事训练系统互操作模型与运用[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3161-3175. |
| [10] | 徐智霞, 王蕊, 孙楠, 何兵, 沈晓卫, 朱晓菲. 基于改进遗传算法的协同干扰资源分配问题研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3176-3189. |
| [11] | 刘翔, 金乾坤. 基于PAC-Bayes的多目标强化学习A2C算法研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(12): 3212-3223. |
| [12] | 杨兰英, 李超, 邹海锋, 万江涛, 张仁强, 刘惠, 卢宏. 基于改进蚁群算法与A*算法相融合的机器人路径规划优化[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(11): 2956-2965. |
| [13] | 苏筱婷, 张小威, 田义, 李奇, 王帅豪. 星光导航动态仿真场景时序设计方法研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(11): 2946-2955. |
| [14] | 张志利, 刘瑾, 周召发, 梁哲, 张云昊. 基于ISCSO-BP神经网络模型的光纤陀螺温度补偿技术研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(11): 2904-2917. |
| [15] | 陈际同, 周佳加, 吴迪, 江海龙. 基于TD3-RRT的特殊环境下USV路径规划算法研究[J]. 系统仿真学报, 2025, 37(11): 2888-2903. |
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