[发明专利]一种虚拟手术中流血仿真模型的建模方法

说明书

本发明公开了一种虚拟手术中流血仿真模型的建模方法，包括：步骤一、确定粒子系统，并且将粒子系统划分为以SPH方法作用半径为边长的网格；步骤二、确定粒子i并且判断粒子i是否在所述网格内，当所述粒子i在所述网格内时，确定所述粒子i的临近粒子；步骤三、对粒子i的粘性系数及所述作用半径进行修订，得到修订粘性系数及修订作用半径，根据所述粒子i受力、加速度、所述修订粘性系数和所述修订作用半径建立所述模型。本发明提供的虚拟手术中流血仿真模型的建模方法，通过网格划分的方法加快SPH方法搜索临近点的效率；通过对流血模型物理性质的改进，使流血仿真表面的光滑性更好，解决了边界失真问题，提高了流血仿真的实时性与真实性；使仿真效果更加流畅。

技术领域

本发明属于虚拟现实中的虚拟手术技术领域，特别涉及一种虚拟手术中流血仿真模型的建模方法。

背景技术

虚拟现实技术是一种通过计算机仿真创建的虚拟世界，可以为用户提供真实的感觉。虚拟现实技术包含计算机图形学，人工智能和力学等学科，通过模拟视觉、听觉和触觉等实现对环境，感知的仿真。用户通过摆头，举手等行为动作作为输入，计算机进行处理并做出响应，反馈到用户的感官。虚拟手术作为虚拟现实技术的一个重要研究方向，为外科医生提供了一个沉浸式的训练平台，能够更安全、高效地培养外科医生，且成本降低，又避免使用动物作为研究对象，受到保护动物协会的指责。在真实的手术中，由于治疗所需，不可避免地需要对组织器官进行处理，这就导致流血的必然性。如果手术操作者训练不佳，在遇到大量流血的情况很可能无法做出正确的处理方式，产生严重的后果。因此，虚拟手术平台的搭建，流血仿真是重要的组成部分，不但能增加虚拟手术环境视觉方面的真实感，还能加强对外科医生处理流血情况的能力。

目前，对于流血仿真存在一些问题，仿真的实时性较差，实时性是虚拟手术必须满足的要求，任何延迟都会影响手术的精度，在流血仿真中随着粒子数的增加，计算量增大，直接影响仿真的实时性；在实时性满足要求的情况下仿真的真实性有待提高，其中包括对流血物理性质研究的不足，以及在编程实现方面的欠缺。

发明内容

本发明的目的之一是通过网格划分的方法加快SPH方法搜索临近点的效率，提高流血仿真的实时性。

本发明的目的之二是通过对流血物理性质的研究，对粒子性质参数进行修订，使流血仿真表面的光滑性更好，解决了边界失真问题，提高流血仿真的真实性。

本发明提供的技术方案为：

一种虚拟手术中流血仿真模型的建模方法，包括：

步骤一、确定粒子系统并且将所述粒子系统划分为以SPH方法作用半径为边长的网格；

步骤二、确定粒子i并且判断所述粒子i是否在所述网格内，当所述粒子i在所述网格内时，确定所述粒子i的临近粒子；当所述粒子i不在所述网格内，则分次增加更多网格，直到使粒子i处于网格中；

步骤三、对粒子i的粘性系数及所述作用半径进行修订，得到修订粘性系数及修订作用半径，根据所述粒子i受力、加速度、所述修订粘性系数和所述修订作用半径建立所述模型；

其中，所述粒子i的修订粘性系数为：

μ＝bexp(-aP_i)；

式中，a,b为系数，且a＞0,b＞0；P_i为粒子i的血小板性质参数；

所述修订作用半径为：

式中，λ为常量；m_i为粒子i的质量；ρ_i为粒子i的密度；d为维数；

其中，当所述粒子i处于流血表面时，所述粒子i受力还包括张力，所述粒子i受到的张力为：