基于四面体网格的软组织位置动力学切割仿真算法

为满足虚拟手术中软组织变形与手术模拟的真实性和实时性要求,提出了一种基于四面体网格和位置动力学的软组织切割模拟算法.首先,本算法以四面体作为软组织几何模型的基本操作单元,物理模型采用位置动力学模型驱动软组织变形,四面体网格的凸包形成软组织的外表面.其次,本算法对位置动力学模型进行了扩展,支持了模型拓扑改变的情况,使其适用于软组织的切割模拟.再次,利用支持纹理信息的四面体网格作为几何模型,能生成细节丰富的切口.最后,在该算法上实现了力反馈设备的应用,增加了切割过程中的触觉模拟,增强了虚拟手术中手术环境和过程模拟的真实性.实验表明:该模型能提供真实和高效的变形模拟,并具有较高稳定性和可操作性.本算法目前已应用在北航虚拟现实技术与系统国家重点实验室开发的医学手术模拟器上.合作医院在使用模拟器进行的腹腔镜检查手术方面已经做了前导性的研究,医生对模拟器评价也较高.      

计算机虚拟北航的建造与人机交互的实现

提出了虚拟北航校园场景数据库的层次结构,给出了基于碰撞检测的模型控制面场景调度控制方法,实现了冗余建模数据删减、纹理映射、多级层次细节模型三种场景复杂度消减策略,着重讨论了基于标准二维输入设备的实体选择算法并实现了对受限运动实体的操纵,最后简要介绍了一个通用的、与模型无关的漫游引擎框架结构的实现.     

虚拟现实中的增强虚境技术

增强虚境技术在基于图形的建模与绘制(GBMR)框架下利用基于图像的建模与绘制(IBMR)方法描述复杂对象及加速场景绘制,可以解决虚拟现实研究中逼真绘制与实时显示间的矛盾.将国内外增强虚境方面的最新研究成果按融入合成场景中图像对象包含几何信息的比例划分成3大类,分别是在合成场景中融入纯图像对象、融入部分几何信息的图像对象及利用IBMR方法加速场景绘制,介绍了3类工作中新的研究成果,分析了这些成果的基本原理、方法、过程和优缺点,提出了该领域技术发展面临的5大问题及可能的解决方法．      

基于经验模态分解的点云数据平滑与增强

在计算机辅助设计与逆向工程应用中,针对缺乏拓扑连接关系的点云数据,提出了基于经验模态分解(EMD)的点云数据平滑与增强算法。首先,以点云模型的拉普拉斯矩阵坐标与法向的内积作为EMD输入信号,提取点云模型输入信号的极值点作为插值节点计算信号的上下包络;然后,为实现特征保持的EMD信号分解,通过检测点云数据上特征点,并在计算信号上下包络的过程中作为约束,克服传统EMD算法无法保持特征的局限;最后,迭代地从输入信号中减去上下包络的均值得到内蕴模态函数(IMF)和余量,并通过设计滤波器实现了点云数据平滑和增强。实验结果表明,本文算法有效地将EMD推广到三维散乱点云数据中,扩大EMD在三维几何中的应用范围,并在点云数据平滑和增强方面取得了很好的效果。