[发明专利]一种用于虚拟手术系统切割时的高效渲染方法

权利要求书

1.一种用于虚拟手术切割时的高效渲染方法，用于虚拟手术系统中手术刀和人体组织发生碰撞及切割时的渲染，其特征在于：

A.将手术刀和人体组织的基本网格模型作为输入，可以是矩形网格或三角形网格；计算手术刀和人体组织模型的OBB包围盒；

B.当手术刀和人体组织模型的包围盒发生碰撞时，输出所有涉及到的顶点的位置和法向量，以及顶点间的拓扑关系；将这些数据传入顶点着色器进行数据加工，包括：

B1.使用一种特殊的内存模型存储数据，使用2D纹理的红色组件存储高度值，在蓝色组件中存储一个时间戳t，并初始化为0；X和Y分别是顶点的x和y轴方向两个分量坐标，RGB分别是红绿蓝颜色组件，S和T用于存储切向量；

B2.在顶点着色器中以从程序中读取的所有顶点中两个距离最远顶点的连线方向为x轴方向、世界坐标系的z轴方向坐标系，并建立相应模型视图投影矩阵，并且申请一块帧缓存用于记录视口坐标系的变化角度的向量

B3.加载切割伤口的纹理贴图；

C.片段着色器将接受顶点着色器处理过的顶点信息，并在此着色器中计算顶点的切向量和并存储到相应的纹理组件中；

D.通过向量和计算表面法向量并用于初始化原始表面上的法向量，包括：

D1.对法向量进行变换，由旋转矩阵M对其进行变换；

D2.旋转矩阵M的旋转角度Ang由公式(1)确定：

其中是每个顶点到x轴的向量的叉乘方向；

E.设置光照混合模型，应用于在2D纹理组件中存储的2维三角形坐标及其存储的原始3维三角的法向量，使其看起来获得了三维效果；

F.光栅化，绘制图元，得到初步效果；

G.设定一个迭代变量t，当t不等于100时，t--，并触发重绘；

H.建立一个链表数组来记录因用户旋转视口而导致点光源相对于模型方向改变时，所映射的三角形法向量需要作出相应改变。

2.根据权利要求书1所述的用于虚拟手术切割时的高效渲染方法，所述步骤H包括：

在片段着色器中，计算点光源向量与每个三角形法向量的夹角g，对顶点进行分类，并存储在这样的数据结构中：

所述的数据结构，包括一个单向链表，每个链表中存储ABCDE这样的数据类型，ABCDE中存储g的不同大小值；链表中每个数据还包括一个指针，每个指针指向元素aabbccddee，aabbccddee中存储被分类的三角形坐标，建立一个全局变量gt来记录视口旋转角度的累计值，每次当视口发生变化时，设置一个原始值为0的变量gc，首先将累计值加到ABCDE所记录的原始值gc中，并由公式(2)对gc计算：

gc＝gc mod 360 (2)

当gc大于180°时，片段着色器不会绘制其所在的三角形。