中文摘要：

本项目以三维组织交互式物理仿真在虚拟手术仿真系统中的应用为基本背景，以提高三维组织在交互式手术仿真环境下物理现象真实性为切入点，探索鲁棒性和沉浸感相融合的三维组织交互式物理仿真方法。针对目前虚拟手术仿真系统中交互式物理仿真方法中组织三维信息获取成本高、忽视组织物理结构特征及耦合模型真实性、鲁棒性不理想的问题，结合压缩感知理论、计算力学(弹性力学与计算流体力学)及高性能计算等理论方法，开展三维组织交互式物理仿真方法的创新型研究。主要研究内容有构建基于图形图像处理技术和压缩感知理论的三维组织信息感知平台、建立具有组织物理结构特征的粒子化统一框架、研究基于统一框架的三维组织在虚拟手术交互式仿真环境下变形、剪切、流血物理建模及耦合。本基础研究将为研制适用于临床外科医生手术培训的新一代"虚拟手术仿真系统"奠定理论和方法基础。本项目的可行性已经在前期工作中得到了充分验证。

结论摘要：

本项目以三维组织交互式物理仿真在虚拟手术仿真系统中的应用为基本背景，以提高三维组织在交互式手术仿真环境下物理现象真实性为切入点，探索鲁棒性和沉浸感相融合的三维组织交互式物理仿真方法。针对目前虚拟手术仿真系统中交互式物理仿真方法中组织三维信息获取成本高、忽视组织物理结构特征及耦合模型真实性、鲁棒性不理想的问题，结合压缩感知理论、计算力学(弹性力学与计算流体力学)，开展三维组织交互式物理仿真方法的创新型研究。主要研究内容有构建基于图形图像处理技术和压缩感知理论的三维组织信息感知平台、建立具有组织物理结构特征的粒子化统一框架。本基础研究将为研制适用于临床外科医生手术培训的新一代"虚拟手术仿真系统"奠定理论和方法基础。本项目的可行性已经在前期工作中得到了充分验证。本课题整体上按照研究计划进行，但出于优化方面的考虑，我们同时对任务书中的某些研究内容进行了必要的扩展，扩展的研究内容主要是基于有限元的软组织变形仿真、基于能量自由边界异步扩散模型的软组织变形仿真、基于GPU的并行计算。