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专利摘要

本发明涉及骨组织修复技术领域，具体地说，涉及一种基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法。其包括建立三维仿真模型步骤、搭建虚拟现实环境步骤、完成骨组织力学模型的建立步骤和对骨组织力学模型进行渲染和形变显示步骤。本发明中虚拟现实环境的搭建基于现实数据，并通过Meshlab三维几何处理系统的编译，CHAI3D力反馈库的编译以及建立，采用共享内存的方式建立进程间通信，实现Meshlab三维几何处理系统与CHAI3D力反馈库的坐标共享，从而完成虚拟现实环境的搭建，给用户提供良好的虚拟现实环境。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202110570131.3
申请日期:
2021-05-25
专利申请人:
西南交通大学
分类号:
G06T19/00 ; G06T17/00 ; G06T17/20 ; G06T15/20 ; G06F30/23 ; G06F3/01
发明/设计人:
刘建涛，彭浩然，王浩诚，李烨，曾浩，李雨轩
权利要求: 1.一种基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，其特征在于，包括如下方法步骤：S1、建立三维仿真模型；S1.1、建立骨组织三维仿真模型；S1.2、建立手术器具三维仿真模型；S2、搭建虚拟现实环境；S3、对骨组织和手术器具的三维仿真模型进行碰撞检测，并进行模拟仿真分析，以完成骨组织力学模型的建立；S4、对骨组织力学模型进行渲染和形变显示。2.根据权利要求1所述的基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，其特征在于：所述S1.1中建立骨组织三维仿真模型采用Meshlab三维几何处理系统，导入Meshlab三维几何处理系统的文件为.ply骨组织文件。3.根据权利要求2所述的基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，其特征在于：所述.ply骨组织文件导入Meshlab三维几何处理系统后对建立的骨组织三维仿真模型进行优化。4.根据权利要求1所述的基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，其特征在于：所述S2中搭建虚拟现实环境具体步骤如下：S2.1、完成Meshlab三维几何处理系统的编译以及建立，并调用Meshlab三维几何处理系统的环境信息库，根据环境信息库建立虚拟现实环境的基础框架；S2.2、完成CHAI3D力反馈库的编译以及建立；S2.3、建立Meshlab三维几何处理系统与CHAI3D力反馈库的坐标共享。5.根据权利要求4所述的基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，其特征在于：所述S2.3中建立Meshlab三维几何处理系统与CHAI3D力反馈库的坐标共享采用共享内存的方式建立进程间通信。6.根据权利要求3所述的基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，其特征在于：所述S3中碰撞检测具体步骤如下：S3.1.1、将优化后的骨组织三维仿真模型和手术器具三维仿真模型导入至S2中搭建虚拟现实环境内，并连接力反馈设备，力反馈设备用于对手术器具三维仿真模型进行映射驱动；S3.1.2、利用PCL点云计算的八叉树空间索引算法完成骨组织三维仿真模型和手术器具三维仿真模型的碰撞检测。7.根据权利要求6所述的基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，其特征在于：所述S3模拟仿真分析采用有限元分析模拟仿真算法，其算法步骤如下：S3.2.1、将完成碰撞检测后的骨组织模型进行四面体网格划分分析拟合材料属性，再根据虚拟手术刀结合力反馈设备的外部荷载力以及骨组织边界条件的限定，完成针对骨组织模型在动态受力下位移、应变、应力以及反作用力的计算；S3.2.2、根据计算结果调整拟合材料属性系数；S3.2.3、重复S3.2.1-S3.2.2，利用拟合材料属性系数完成骨组织力学模型的建立。8.根据权利要求7所述的基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，其特征在于：所述力反馈设备采用Geomagic Touch力反馈设备。9.根据权利要求7所述的基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，其特征在于：所述S4中骨组织力学模型渲染和形变显示步骤如下：S4.1、获取S3.2.3中完成的骨组织力学模型，并通过Meshlab三维几何处理系统对骨组织力学模型表面进行形变显示；S4.2、利用骨组织表面位移数据，并结合Meshlab三维几何处理系统对于骨组织表面有限元分析进行渲染。10.根据权利要求9所述的基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，其特征在于：所述S4.2中渲染的计算公式如下：Color＝(1-C)·(0，0，255)+(255，0，0)其中，R为红色渲染；B为蓝色渲染；Vmax为骨组织表面位移最大值；Vmin为骨组织表面位移最小值；V为骨组织表面位移平均值；C为骨组织表面位移数据；Color为最终渲染色。