[發明專利]支持力觸覺反饋的虛擬柔性體變形手術仿真系統

有效

• 申請號: 201010173563.2
• 申請日: 2010-05-14
• 公開（公告）號: CN101901565A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 宋愛國;張小瑞;孫偉;程盈盈;李佳璐;王楠;胡小科
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28;G06F3/01
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃雪蘭

技術領域

本發明涉及一種支持力觸覺反饋的虛擬柔性體手術仿真系統，屬于虛擬現實人機交互領域。?

背景技術

隨著力觸覺人機交互技術的飛速發展，越來越多的研究人員將力觸覺交互設備應用到虛擬手術中，使醫生在手術仿真過程中不僅能夠看到而且能夠通過和手臂的運動與虛擬柔性體進行交互，從而形成對虛擬手術環境的一個完整認識，而且能像操作真實物體一樣，真實地感受到與虛擬對象實時交互時產生的力觸覺信息，這無疑可使手術訓練更加逼真、準確、可靠。?

人體的器官或組織多為柔性體，而人體的柔性體具有血流豐富、血管分布密集、結構特殊復雜、手術難度高的特點，而傳統的影像學檢查所提供的多為二維平面圖像，無法利用手術器械預先進行外科手術仿真，更無法提前感受實時的力觸覺反饋，這對于一些復雜的外科手術具有一定的盲目性和不可靠性。為了有效降低訓練成本，提高手術成功率，本文設計并實現了一種支持力觸覺反饋的虛擬柔性體變形仿真系統，其可模擬虛擬代理對柔性體的按壓變形進行仿真。?

發明內容

本發明提出一種支持力觸覺反饋的虛擬柔性體手術仿真系統，并將其用于虛擬現實人機交互的柔性體變形仿真。該系統力觸覺感覺平穩、模擬效果逼真、能夠滿足虛擬現實系統對精細作業和實時性的要求。?

本發明采用如下技術方案：?

一種虛擬柔性體的力觸覺反饋仿真系統，包括：計算機主機和力觸覺交互設備，在計算機主機上連接有顯示器，所述計算機主機至少包括硬盤和1394卡，其特征在于，所述硬盤至少包括：用于檢測虛擬代理位置的位置檢測模塊、用于?檢測虛擬代理與虛擬柔性體是否發生碰撞的碰撞檢測模塊、力觸覺計算變形模塊、根據力觸覺計算變形模塊發出的最新力觸覺變形信息的圖形刷新模塊及力觸覺信息反饋模塊，所述硬盤通過1394卡及1394連接線與力觸覺交互設備連接，用于將力觸覺計算變形模塊產生的柔性體表面的變形信息傳輸至力觸覺交互設備，?

所述力觸覺計算變形模塊243用于在虛擬代理與虛擬柔性體以給定的虛擬接觸力F發生碰撞時，在碰撞點下懸掛第一個等節距圓錐形螺旋彈簧，形成第一層，所述第一層等節距圓錐形螺旋彈簧的彈簧絲直徑為d₁、大圈半徑為R_1，2、小圈半徑為R_1，1、節距為t₁、大圈半徑側支承圈數n_1，s2取值為0.5、小圈半徑側支承圈數n_1，s1取值為0.25、有效圈數n₁取值為2；在第一層的等節距圓錐形螺旋彈簧下，懸掛第二個等節距圓錐形螺旋彈簧，形成第二層，所述第二層等節距圓錐形螺旋彈簧的彈簧絲直徑為d₁q、大圈半徑為R_1，2q、小圈半徑為R_1，1q、節距為t₁q、大圈半徑側支承圈數n_2，s2取值為0.5、小圈半徑側支承圈數n_2，s1取值為0.25、有效圈數n₂取值為2；在第二層的等節距圓錐形螺旋彈簧下，懸掛第三個等節距圓錐形螺旋彈簧，形成第三層，所述第三層等節距圓錐形螺旋彈簧的彈簧絲直徑為d₁q²、大圈半徑為R_1，2q²、小圈半徑為R_1，1q²、節距為t₁q²、大圈半徑側支承圈數n_3，s2取值為0.5、小圈半徑側支承圈數n_3，s1取值為0.25、有效圈數n₃取值為2；依次類推，在第i-1層的等節距圓錐形螺旋彈簧下，懸掛第i個等節距圓錐形螺旋彈簧，形成第i層，所述第i層等節距圓錐形螺旋彈簧的彈簧絲直徑為d₁q^i-1、大圈半徑為R_1，2q^i-1、小圈半徑為R_1，1q^i-1、節距為t₁q^i-1、大圈半徑側支承圈數n_i，s2取值為0.5、小圈半徑側支承圈數n_i，s1取值為0.25、有效圈數n_i取值為2，形成第i層，i＝1，2，3，......，N，N為自然數；?