軟組織非線性形變快速模型與應(yīng)用.pdf

1、從計算機誕生至今，計算機的應(yīng)用已經(jīng)遍布人們生活的方方面面，從科學計算到日常娛樂無不有計算機的影子。計算機的發(fā)展加速了不同學科交流融合的步伐，如今數(shù)學、物理、生物、醫(yī)學等都與計算機科學有著密切聯(lián)系，而醫(yī)學虛擬手術(shù)模擬系統(tǒng)更是將這些學科全部有機地結(jié)合在一起。虛擬手術(shù)系統(tǒng)作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一種，與人體軟組織的三維建模都已經(jīng)成為是計算機圖形學的重要研究課題。而其中的軟組織形變計算研究也是實時虛擬手術(shù)系統(tǒng)和人機交互系統(tǒng)中最具挑戰(zhàn)性的內(nèi)容。

2、 本文研究了虛擬整形手術(shù)系統(tǒng)的需求分析及模塊設(shè)計，并對其中的軟組織形變仿真及其在虛擬手術(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用展開詳細分析和實驗?？紤]到軟組織的非線性特性，為了兼顧計算的準確性和計算效率，重點研究討論了非線性有限元模型的實現(xiàn)及其改進方案。本研究在傳統(tǒng)有限元計算的基礎(chǔ)上，提出創(chuàng)新性的混合計算方案，結(jié)合線性的快速和非線性的準確性計算軟組織形變，并實驗驗證其可行性和效率；同時介紹了三維網(wǎng)格重建算法、圖形處理單元的并行計算加速、人機交互技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容。

3、 本文的主要工作和創(chuàng)新點如下：①討論了有限元方法、相關(guān)的力學概念以及對應(yīng)的數(shù)值解法，并針對大形變和材料的非線性問題對求解算法進行整理優(yōu)化。②討論了有限元分析中網(wǎng)格模型的建立與選取。③在幾何非線性和材料非線性的混合非線性求解算法中融合了線性近似的計算，提升算法的計算效率。④利用圖形顯示卡的并行計算特性進行程序優(yōu)化。⑤建立驗證模擬結(jié)果的較合理的機制，通過實驗驗證形變模擬的真實性和有效性。⑥根據(jù)實際實驗結(jié)論，選取適當?shù)木W(wǎng)格模型，并對算法