基于虚拟现实技术的鼻咽部交互式虚拟手术仿真

发布时间：2017-08-14 04:03

  本文关键词：基于虚拟现实技术的鼻咽部交互式虚拟手术仿真

  更多相关文章： OpenGL 鼻咽部虚拟手术仿真 手术器械建模 三维显示 碰撞检测

【摘要】：近年来,随着计算机技术和计算机断层扫描、核磁共振等医学影像技术的快速发展,虚拟现实技术被越来越多地应用到现代医疗领域中。虚拟现实技术能够提高医生对人体组织器官和复杂手术操作任务的认知。利用虚拟现实技术模拟手术的逼真场景,使得医生能够在计算机建立的虚拟环境中设计手术过程,帮助其选择最佳手术路线,减少手术损伤,提高手术的成功率。虚拟手术仿真是一种非侵入式、无创伤的检查手段,对医疗诊断及手术具有重大意义。由于鼻腔解剖精细构造复杂,有很多重要的神经系统,鼻咽部虚拟手术仿真的研究成为这一领域的难点,且极具应用价值。鼻咽部虚拟手术仿真关键技术包括手术器械的建模和仿真、鼻咽部模型在OpenGL中的模型读取和显示、碰撞检测、弹性形变和力反馈等,本文的研究重点是碰撞检测问题。首先,考虑到手术器械模型的逼真性和OpenGL对模型的读取和显示,本课题采用3D Studio Max对手术器械进行建模仿真。针对鼻咽部手术,考虑到鼻粘膜刀主要用于切开皮肤表层和切割组织,而鼻刮匙主要用于刮除鼻部病理组织,为了全面的模拟手术过程,本课题建立了鼻粘膜刀和鼻刮匙。其次,本课题在VTK三维重建的基础上,在OpenGL中将鼻咽部的三维模型进行了绘制和显示,给出了鼻咽部模型在不同角度下的视图。再次针对鼻咽部的复杂解剖结构和临床需要,本课题采用基于沿坐标轴的包围盒(AABB)碰撞检测技术对虚拟手术器械和鼻咽部三维模型进行了碰撞检测,取得了良好的效果。
【关键词】：OpenGL 鼻咽部虚拟手术仿真 手术器械建模 三维显示 碰撞检测
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.9;R762
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题的研究背景及意义8-10
• 1.2 课题的国内外研究现状10-13
• 1.3 论文的主要工作及内容安排13-14
• 第二章 手术器械建模和显示14-34
• 2.1 3ds Max建模14-22
• 2.1.1 3ds Max简介14-17
• 2.1.2 3ds Max建模方法17-20
• 2.1.3 材质与贴图20-22
• 2.2 手术器械建模22-29
• 2.2.1 建模中常用的命令和修改器22-24
• 2.2.2 鼻粘膜刀建模24-27
• 2.2.3 鼻刮匙建模27-29
• 2.3 虚拟手术器械显示29-33
• 2.3.1 3ds文件格式简介29-31
• 2.3.2 3ds模型的读取与显示31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 鼻咽部模型在OpenGL中的绘制34-48
• 3.1 OBJ文件格式接口导出34-40
• 3.1.1 OpenGL简介34-37
• 3.1.2 OBJ文件格式简介37-38
• 3.1.3 VTK中鼻咽部OBJ模型导出38-40
• 3.2 鼻咽部模型读取和显示40-46
• 3.2.1 OBJ模型读取40-41
• 3.2.2 OpenGL中三维模型的显示41-44
• 3.2.2.1 坐标系统41-42
• 3.2.2.2 三维模型显示42-44
• 3.2.3 鼻咽部OBJ模型绘制和显示44-46
• 3.3 本章小结46-48
• 第四章 碰撞检测48-64
• 4.1 碰撞检测技术基础48-52
• 4.1.1 碰撞检测概述48-49
• 4.1.2 碰撞检测算法分类49-52
• 4.1.2.1 空间分解法49
• 4.1.2.2 层次包围盒法49-52
• 4.2 AABB层次包围盒树的构建和更新52-58
• 4.2.1 包围盒树度的选择52
• 4.2.2 包围盒树的构建52-55
• 4.2.3 包围盒树的更新55-56
• 4.2.4 包围盒树的存储优化56-57
• 4.2.5 包围盒树的相交测试57-58
• 4.3 虚拟手术仿真中的碰撞检测58-62
• 4.3.1 AABB之间的碰撞检测58-59
• 4.3.2 AABB包围盒树的碰撞检测59-60
• 4.3.3 基本几何元素间的碰撞检测60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 结论64-66
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果70-72
• 致谢72

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本文编号：670621