虚拟手术力反馈装置反馈力内模控制

时滞和虚拟环境模型参数的变异性影响到虚拟手术力反馈系统的性能。在分析系统模型的基础上设计内模控制器,控制器直接置于系统前馈通道而无需增加闭环,控制更加易于实现,实验结果验证了该算法的有效性。     

虚拟骨科手术中触觉交互建模方法综述

虚拟骨科手术可以让骨科医生使用多种虚拟骨科手术器械在三维重建的骨性解剖结构模型上进行骨科手术操作和训练。力触觉交互在骨科手术中起着不容忽视的作用,如何在骨科手术模拟中实现真实快速的触觉交互,已成为近年来虚拟骨科手术研究的热点。文章主要对现有的骨科手术模拟系统中用到的触觉交互模型进行了研究、分类和总结,分析了现有的一些模型的特点和不足,并展望了骨科手术系统中未来力触觉交互的发展。     

一种虚拟手术二维力觉交互装置的力学模型

对力交互装置在虚拟手术巾有着广泛的应用,作为基础研究,提出一种二维力觉交互装置的反馈力模型,通过模拟虚拟器械与肌肉组织和骨骼碰撞时的受力情况,验证模型的合理性。首先,根据人体组织的生物力学性能,参照Kamopp模型和胡克定律提出了系统的反馈力模型;然后针对系统的性能指标,通过对肌肉和骨骼两种组织的碰撞实验,验证了设备在虚拟手术过程中反馈力实现效果。仿真结果显示,反馈力方法能较准确地仿真力的变化,准确地感知骨骼的位置,对于虚拟手术系统的实用性具有重要意义。     

虚拟肝脏手术中实时动态渗血效果模拟

在实际的手术中,伤口内的渗血伴随着切割过程而频繁出现。但在以往的研究中,多数集中于血液在皮肤或脏器表面的流动,而对伤口内的动态渗血过程模拟研究较少。为此,根据动态渗血模拟对真实性与实时性的要求,提出了一种结合力反馈机制的渗血模拟仿真模型。该模型结合了流体模拟中的拉格朗日粒子法,并针对肝脏切割过程中的渗血这一特定过程对传统拉格朗日方法进行了简化,实验结果表明,其能够很好地满足动态渗血模拟对真实性和实时性的需求     

支持力反馈的肝脏手术虚拟仿真及研究

该文提出了一种基于支持力反馈的肝脏虚拟手术仿真系统,支持力反馈的肝脏虚拟手术仿真实现流程主要包括CT影像的肝脏三维重建、空间场景构建、实时动态交互设计、反馈力的手术操作仿真.虚拟仿真环境搭建完成后,用户能够通过头盔式显示设备HTC Vive Pro及其所配备力反馈手柄在虚拟手术场景中进行肝脏手术切割的沉浸式知识学习及实...     

虚拟手术中的模型实时绘制

实时的视觉反馈在虚拟手术中可以加强操作者的沉浸感。该文分析了体绘制和面绘制的优缺点,在系统实时性的要求下,实现了基于立体纹理映射的三维体模型的面绘制。算法在容许实时交互的同时,为操作者提供了真实感较强的视觉反馈。由于文中立体纹理生成及纹理坐标计算的特殊性,对虚拟手术中的拉压变形和切割等操作也能很好地处理。     

支持力反馈的肝脏外科虚拟手术仿真系统

介绍一个用于外科手术的肝脏虚拟手术仿真系统。该系统基于SensAble公司的PHANTOM力反馈设备,利用虚拟现实技术实现肝脏手术过程中有关肝脏及其内部组织的多种手术操作,提供真实的视觉反馈和力反馈,具有良好的实时性。为虚拟现实技术在手术仿真中的实用化探索出一条可行的道路。     

虚拟手术实时物体碰撞检测和软组织变形研究

针对虚拟手术系统中实时碰撞检测和软组织变形的问题进行了研究。对于实时碰撞检测,使用了包围盒检测结合三角面片检测的方法来检测物体之间的碰撞,并且找到相互碰撞的两个三角面片。对于软组织变形,使用了一种基于胡克定律的弹簧质点模型来虚拟仿真变形,并提供了控制点移动的方法。采用优化虚拟手术中的物体碰撞检测方法,减少了不必要的计算和增强了系统的精确度;简化了软组织变形的算法,相对加快了有限元模型运算速度。对推动虚拟手术的发展具有积极的意义和作用。     

虚拟体空间中的触觉雕刻

目前,在虚拟环境中大多数的信息获取是通过视觉、听觉等非接触感觉获得的。然而缺乏触觉反馈的信息减少了很大一部分的信息源。在看和听之外,能够触摸、感觉和操纵物体,在很大程度上提高了虚拟环境的真实性。该文研究了触觉绘制的基本模型,提出了采用虚平面作为中介实现体数据的实时触觉绘制。并在此基础上探讨了体的局部变形及结合触觉反馈模型,实现了具有触觉反馈的虚拟雕刻交互系统。该系统可应用于融化、燃烧、印记、构造和着色实时交互操作。     

双触点交互的力触觉实时生成方法

力触觉的生成和交互有助于提升虚拟环境的沉浸感和真实性.提出了一种双触点交互的力触觉实时生成方法.把双触点交互分为4种状态,分别提出不同状态下双触点交互的力触觉实时生成算法,并建立虚双触点交互的实验环境,开展双触点交互力触觉生成的评价研究.实验结果表明,该方法能够实时生成双触点交互时的力触觉,增强虚拟环境的沉浸感和真实性,提升了人手力触觉交互的自然性.     

虚拟现实的力触觉交互技术发展现状与趋势

虚拟现实通过模拟人的视觉、听觉、力触觉等,使人处于一种与真实世界非常逼真的虚拟世界中,来感受、体验和评价虚拟世界中的场景和设备。力触觉在虚拟现实环境中有其突出优越性,力触觉使得虚拟现实环境变得真实,是唯一的既可接受周围环境输入又可以对周围环境输出的感知通道,可极大增强可视化表达的效果。虚拟现实的力触觉交互技术包括力触觉再现技术和虚拟环境的力触觉建模。介绍了这两方面的发展现状、存在的问题和今后的发展趋势。     

力／触觉再现设备的研究现状与应用

力/触觉再现技术作为一种新兴的人机交互模式在虚拟现实系统得到较多应用。力/触觉再现设备是力/触觉再现系统实现过程中必不可少的环节,受到广泛的重视和研究。讨论了力/触觉再现设备的种类和特点,分类介绍了国内外力/触觉再现设备的研究现状,并作了分析比较。最后讨论了力/触觉再现设备在不同领域的应用,并探讨了其未来的研究发展趋势。     

计算机触觉:虚拟现实环境的力触觉建模和生成

触觉是人类5种感觉通道之一,在日常生活中发挥着不可缺少的作用.在虚拟现实和增强现实系统中,力触觉反馈的引入有望显著提高人机交互的沉浸感和交互性.文中综述了虚拟现实环境中力触觉感受的建模和生成方法,从力触觉生成与视觉生成的差异性出发,回顾了计算机触觉的发展历史和国内外研究现状,重点分析了虚拟物体建模、碰撞检测、碰撞响应、变形计算等关键技术,并提出了力触觉生成技术的未来发展趋势和技术挑战.     

基于虚拟现实触觉感知接口技术的研究与进展

基于虚拟现实触觉感知接口技术（Haptic Interface Technique）涉及的学科面很宽,包括机器人学、虚拟现实技术、仿生学、传感技术及互联网通讯技术等．触觉感知接口是基于虚拟现实机器人遥操作系统的重要组成部分．从广义角度出发,触觉感知（Haptic Sensing）应包括力/力矩觉（Force/Torque Sensing）和接触觉（Tactile or Touch Sensing）等主要感觉功能．这里将着重介绍触觉感知接口的研究意义与结构、用于触觉感知接口的特种驱动机构．最后,讨论触觉感知接口技术今后的研究与发展趋势．     

虚拟手术中软组织切割模型研究进展*

虚拟手术仿真训练系统是虚拟现实的重要应用,能够克服真实传统手术中资源少、训练不方便和可重复操作性差等问题。软组织切割是虚拟手术仿真训练系统中的重要组成部分,也是手术中最常见的操作。软组织切割模型建立的质量如何,直接决定了虚拟手术仿真的精度度和仿真度。为更好地对软组织切割模型进行深入探索,分析了虚拟手术仿真中软组织切割的研究难点。针对当前十四种有代表性的切割模型进行了研究,在此基础上对这些模型的优缺点进行了比较,并对软组织切割模型的发展趋势进行了展望。     

虚拟装配中基于导纳控制的力觉渲染技术

传统的力触觉渲染多采用阻抗控制,不能很好地满足虚拟装配的应用要求,相比之下导纳控制模式更适用这一领域.为此提出一种基于导纳控制的双线程力觉渲染构架,并给出相应的力觉渲染算法.首先建立用于导纳控制的动力学模型,并讨论了碰撞和约束这2个状态下的力觉渲染;为了使用力觉交互接口进行虚拟装配中的小间隙装配,提出物理约束与几何约束结合的力觉渲染方法;最后针对物理计算和力反馈循环2个线程刷新频率不匹配的问题,利用二次拉格朗日多项式进行数值插值,实现了力觉交互接口的平稳输出.通过力反馈设备与自主开发的虚拟装配原型系统VAPP的连接与应用,验证了所提出的算法满足虚拟装配系统中力觉交互的应用要求.     

肝胆虚拟手术中的力觉弹性模型研究

利用增强的64排螺旋CT数据,对肝胆脏器进行了力觉弹性模型建模研究。总结了国内外近年来软组织建模的研究状况、主要流程和关键技术,给出了适合肝胆虚拟手术的几何建模、物理/计算建型、网格划分、碰撞检测及基于PHANTOM力反馈设备的实时响应计算方法。给出了相应的系统框架和结果,搭建了一个GHOST SDK下开发的虚拟环境,为肝胆虚拟手术进一步的仿真奠定了基础。