学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

虚拟膝关节镜手术中手术器械的运动控制与碰撞检测

作　者: 魏杰
导　师: 熊岳山
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机技术
关键词: 虚拟现实 虚拟手术 几何模型 实时控制 碰撞检测 层次包围盒 包围盒树
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 71次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


随着计算机技术的发展,虚拟现实技术也取得了很大的进步。在医学领域虚拟现实技术被用来构造虚拟的人体,并对其进行各类手术模拟。这为医生进行手术练习提供了一个理想的方法,我们将这种方法称为虚拟手术。虚拟手术系统涉及诸多研究领域,如计算机图形学、数字图像处理、计算机视觉、力学、机器人学、医学等等,是一个具有挑战性的课题。虚拟手术系统必须具有很高的仿真度。那么在一个场景中,模型除了在外观上要仿真外,还要使使用者能够像操作真实对象一样控制其运动。当存在多个模型的时候还要考虑有碰撞现象的发生。因此,研究模拟手术中的手术器械运动控制与碰撞检测技术变得尤为重要。本文就运动控制问题,从图形学的角度,分析了三维模型的运动变形原理,即使用变换矩阵对模型的关键点进行变换。根据运动变换的特点,将运动分解为平移和旋转两部分,结合虚拟球的自由旋转模型,提出了适合在OpenGL环境下实现手术器械模型运动的方法,可实现模型的六自由度运动。对于模型的碰撞检测问题,目前层次包围盒法是一种常见的处理方法。其目的是尽量减少参与检测的几何体数量,以及尽可能的降低参与检测的几何体的复杂度,用最少的计算次数和最低的难度来实现两模型间的碰撞检测。本文使用的是最外层特定包围盒与AABB包围盒相结合的层次包围盒方法。结合虚拟手术中具体手术器械,给出了包围盒树的构建、更新和算法流程等,并针对构成模型的基本几何体(三角形)进行了相交检测方法的说明。最后对于文章中的工作进行了总结,并根据存在的问题提出了初步的展望。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-16
  1.1 虚拟手术介绍  11-13
    1.1.1 虚拟手术的发展及现状  11-13
    1.1.2 虚拟手术系统的构成  13
  1.2 虚拟手术中的运动控制与碰撞检测  13-14
    1.2.1 运动控制  14
    1.2.2 碰撞检测  14
  1.3 本文工作及章节安排  14-16
第二章 手术器械的运动控制  16-26
  2.1 三维空间的二维显示  16-18
    2.1.1 相机模拟  16-17
    2.1.2 三维图形显示流程  17-18
  2.2 三维模型的基本变换  18-24
    2.2.1 几何变换矩阵  18-19
    2.2.2 各种基本几何变换  19-22
    2.2.3 三维组合变换  22-24
  2.4 六自由度模型的运动  24-26
第三章 手术器械的碰撞检测  26-37
  3.1 层次包围盒法简介  26
  3.2 包装盒类型  26-30
    3.2.1 包围球  26-27
    3.2.2 AABB包围盒  27
    3.2.3 OBB包装盒  27-28
    3.2.4 k-DOPs包装盒  28
    3.2.5 包围盒比较  28-30
  3.3 层次包围盒的建立与更新  30-32
    3.3.1 层次包围盒的建立方法  30-31
    3.3.2 层次包围盒的更新  31-32
  3.4 基于AABB包围盒的碰撞检测算法  32-37
    3.4.1 算法基本流程  32-34
    3.4.2 基本几何元素的相交检测  34-37
第四章 虚拟膝关节镜手术中的穿戳器实例  37-61
  4.1 系统实现的环境  37-40
    4.1.1 VC++和MFC  37
    4.1.2 OpenGL简介  37-38
    4.1.3 OpenGL对模型运动实现的支持  38-40
  4.2 穿戳器模型运动的实现  40-48
    4.2.1 用到的数据结构  41
    4.2.2 模型运动控制流程  41-43
    4.2.3 平移运动  43-44
    4.2.4 旋转运动  44-48
  4.3 穿戳器模型的碰撞检测  48-59
    4.3.1 用到的数据结构  48
    4.3.2 包围盒的建立  48-50
    4.3.3 包围盒的更新  50-54
    4.3.4 相交检测  54-57
    4.3.5 穿戳器及套管的配合运动  57-59
  4.4 实例效果  59-61
第五章 结束语  61-62
致谢  62-63
作者在学期间取得的学术成果  63-64
参考文献  64-66

相似论文

  1. VRGIS在城市设计中的应用,TP311.52
  2. 三维服装虚拟变形及展示技术研究,TS941.26
  3. 基于模型的水稻根系可视化研究,S511
  4. 虚拟手术中建模与仿真关键技术研究,TP391.41
  5. 网络虚实二重性中主体的发展,B01
  6. 基于滑模观测器的环形倒立摆控制系统的设计与实现,TP13
  7. 随机网络模型分离,O157.5
  8. 虚拟校园的三维建模与设计,TP391.9
  9. 汽车起重机模拟作业系统关键技术的研究,TH213.6
  10. 机械学科网络虚拟实验的实现方法研究,TP391.6
  11. 虚拟空间环境构建及红外成像仿真,TP391.9
  12. 基于VRML语言的虚拟实验室网络框架的研究,TP391.6
  13. 武汉城市公交站点情感设计研究,TU248.3
  14. 研究金属有机物化学气相沉积设备控制系统,TN304.055
  15. 基于Direct3D的3D飞行射击游戏研究,TP393.09
  16. 三维虚拟魔方游戏软件的设计与实现,TP393.09
  17. 可视化仿真系统—三维浏览子系统的设计与实现,TP391.9
  18. 基于虚拟现实环境的六轴平台视景仿真系统,TP391.9
  19. 河北旅游职业学院虚拟校园漫游系统设计与实现,TP391.9
  20. 承德避暑山庄全景漫游系统的设计与实现,TP391.41
  21. 增强现实牙科虚拟手术的关键技术研究,TP391.9

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
© 2012 www.xueweilunwen.com