[发明专利]一种用于虚拟手术系统切割时的高效渲染方法

说明书

本发明适用于计算机渲染领域，提供了一种用于虚拟手术系统切割时的高效渲染方法，所述方法包括如下步骤：A、读取顶点数据；B、数据进入顶点着色器，建立模型视图矩阵，对顶点进行加工，加载纹理；C、将顶点组合成三角形片段并传入片段着色器，同时对三角形进行渲染光栅化；D、判断t是否小于100，若小于100回到步骤B；E、当用户改变视口时，判断每个三角形对应的gc值是否小于180，筛选符合条件的三角形进行光栅化显示。借此，本发明实现了渲染的简单性和高效性。

技术领域

本发明涉及计算机渲染领域，提出了一种用于虚拟手术切割的高效渲染的新方法，其目的是在程序前端运算速度不够快时，加速程序的渲染速度。

背景技术

GPU不仅只用来做特效，他们还有一些用在可视化方面的用途。着色器可以接受相对较小的描述场景的图形属性(如颜色，坐标，法线和矩阵)作为输入数据。将大量的通用数据传递给着色器是无效-例如通过统一的变量。

凹凸映射使得不复杂的表面(如平面或球体)显示得看起来像非常复杂的表面。这个想法是在不复杂表面上的每一个与其复杂表面对应的像素上使用复杂表面的表面法线，然后在照明模型方程中使用该法线。

凹凸映射可以进行平移和缩放的逼真的面上显示数据(例如天气，地点，地质学，路线或积雪)时，但是并不是通过创造出数千(或数百万)三角形来以实现它，这样就加速了渲染速度。

凹凸映射是一个灵巧的可视化显示技巧。它使可视化效果看起来像是具有比你实际做的更多的几何细节。

但是这就使得一般的凹凸映射存在局限性，只能通过平移和缩放视口在观察渲染结果。

也就是说它仅仅还只是个特效，我们不能改变眼睛的位置。

对于复杂的渲染环境下，使用一般的凹凸映射技巧是很难的，因此我们需要发挥CPU可编程管线的特点来改进这个弊端。

综上可知，目前的方法存在明显的缺陷和弊端，我们在不降低性能的前提下有必要对其加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的是提供一种用于虚拟手术切割的高效渲染的新方法，使其通过大量使用可编程管线来改善目前凹凸映射的缺陷，提高渲染速度和质量。

1.为了实现上述目的，本发明提供一种用于虚拟手术切割的高效渲染方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

A.在虚拟手术系统环境中实现的高效渲染方法，其特征在于：

A1.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方法，将手术刀和人体组织的基本网格模型作为输入(矩形网格或三角形网格)；

A2.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，其特征包括：

B1.使用一种特殊的内存模型存储数据，特别地使用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。