[发明专利]一种基于体弹簧和多尺度体积不变的软组织形变模拟方法

权利要求书

1.一种基于体弹簧和多尺度体积不变的软组织形变模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建软组织模型；

所述软组织模型由质子弹簧模型和虚拟体弹簧形成的若干四面体单元构成，每个所述四面体单元中包含3个虚拟体弹簧，用于获取软组织模型表面节点信息及内部体积信息；

S2、计算软组织模型多尺度体积不变的体积；

S3、基于软组织模型多尺度体积不变的体积，模拟软组织模型的形变过程，确定模型质点在形变过程中的位置坐标，实现软组织形变模拟。

2.根据权利要求1所述的基于体弹簧和多尺度体积不变的软组织形变模拟方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

S21、使用AABB包围盒获取软组织模型的三维边界信息；

其中，三维边界信息包括X轴最大值、X轴最小值、Y轴最大值、Y轴最小值、Z轴最大值、Z轴最小值以及X轴、Y轴和Z轴的边界差，和；

S22、通过二分法对软组织模型进行网格划分，获得细分的立方体；

其中，进行网格划分时，每次取当前立方体三维边界的X轴长度、Y轴长度和Z轴长度的二分之一进行网格划分；

S23、判断当前立方体的八个顶点是否均在原立方体对应的凸多边形内；

其中，原立方体为当前立方体对应的网格划分前的立方体；

若是，则进入步骤S24；

若否，则进入步骤S25；

S24、设置当前软组织模型体积V=V_n-1+V_n，进入步骤S27；

其中，V_n为当前立方体的体积，V_n-1为前一次网格划分时原立方体的体积，下标n为当前网格划分次数的计数值，软组织模型体积V的初始值为0，n为大于等于1的自然数；

S25、判断当前立方体边界差是否小于等于软组织模型边界差的四十分之一；

若是，则进入步骤S26；

若否，则返回步骤S22；

S26、设置当前立方体的体积为，当前软组织模型体积V= V_n-1+；

S27、重复步骤S22~S26，直到网格划分次数达到预设值或划分后的所有立方体精度达到预设值，将当前软组织模型体积V作为软组织模型的多尺度体积不变的体积。

3.根据权利要求1所述的基于体弹簧和多尺度体积不变的软组织形变模拟方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

S31、遍历软组织模型的所有质点，并计算当前质点的质量；

S32、遍历当前质点的所有相邻质点，计算当前质点与其相邻质点间在单步形变后的距离，并计算该距离下当前质点所受的弹簧力；

S33、根据当前质点所受的阻尼力和弹簧力，计算当前质点所受周围相邻质点的合力，并根据当前质点的运动方程计算其在单步形变后的位置；

S34、在有限形变次数的形变过程中内，重复步骤S32~S33，在软组织模型多尺度体积不变的基础上，计算当前质点在最近两次单步形变的位置之差，当位置之差逼近零时，则当前质点形变结束，进而确定当前质点形变后的位置坐标。

4.根据权利要求3所述的基于体弹簧和多尺度体积不变的软组织形变模拟方法，其特征在于，所述步骤S31中，当前质点的质量为：

式中，为曲面的面密度，为当前质点i的一环邻域内的第j个三角面片的面积，j为质点i的一环邻域内的三角面片计数值，为三角片面的数量。

5.根据权利要求3所述的基于体弹簧和多尺度体积不变的软组织形变模拟方法，其特征在于，所述步骤S32中，质点所受周围相邻质点的合力为：

式中，为与质点i相邻的质点数，为质点i受到相邻质点k的弹簧力，为质点i受到相邻质点k的阻尼力，为质点i受到的外力。