[發(fā)明專利]一種基于瞬態(tài)顯示延遲處理的計算機切割模擬方法

有效

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• 申請日: 2016-06-30
• 公開（公告）號: CN106202642B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王沫楠;毛志勇;李榮鵬;陳少勇
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 岳泉清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于瞬態(tài)顯示延遲處理的計算機切割模擬方法。

背景技術(shù)

虛擬手術(shù)系統(tǒng)是一個專門用來模擬在手術(shù)過程中可能遇到的各種情況的虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)。通過醫(yī)學(xué)可視化技術(shù)將醫(yī)學(xué)影像資料重構(gòu)為人體的三維圖形，并利用場景渲染技術(shù)生成逼真的手術(shù)場景。

軟組織的切割是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬手術(shù)的重要組成部分，不僅需要滿足逼真性，還必須遵循生物組織的物理特性及實時變化，是一個極具挑戰(zhàn)的課題。

軟組織切割中，實時性、穩(wěn)定性和真實感是衡量切割效果的三個關(guān)鍵因素。從場景的渲染角度來說，圖像必須要以30HZ以上的刷新率才能保證圖像顯示的平滑與連續(xù)，而要是后續(xù)的觸覺設(shè)備也能輸出穩(wěn)定平滑的力覺信息，需要觸覺設(shè)備設(shè)備的刷新率達(dá)到300-1000HZ。

目前國外Morten Bro-Nielsen等人提出去除法，即通過碰撞檢測找出和手術(shù)器械發(fā)生碰撞的四面體單元，將他們從模型中刪除。雖然實現(xiàn)簡單，執(zhí)行速度快，可以滿足虛擬手術(shù)逇實時性要求，但由于除掉切口的四面體單元會產(chǎn)生嚴(yán)重的鋸齒現(xiàn)象，使得真實感很差。DanielBielser等人首先提出采用細(xì)分被切割的四面體預(yù)先分裂為17個小的四面體單元，并將四面體的切割分為5種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將這5中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)映射到1:17的細(xì)分中。此算法極大提高了仿真的真實性，但是會使得切割的時候四面體的數(shù)量急劇增加，隨著切割的時間的增長，由于四面體單元過多，導(dǎo)致計算時間過長，最終會失真，后來雖然提出了最少的四面體網(wǎng)格劃分的算法，減少了劃分時的數(shù)量，但是由于網(wǎng)格劃分的判斷復(fù)雜，而且拓?fù)涞母露紩κ中g(shù)的動態(tài)顯示產(chǎn)生延遲，因此還是會存在手術(shù)的真實感問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于瞬態(tài)顯示延遲處理的計算機切割模擬方法，利用一個瞬態(tài)顯示的模塊，將在切割過程中觸碰到的單元，先進(jìn)行偽切割效果，即將碰撞產(chǎn)生的切痕與碰撞上的三角面片添加到瞬態(tài)顯示的模塊中，然后直接顯示切割的效果，在發(fā)現(xiàn)碰撞檢測連續(xù)2秒鐘都沒有發(fā)生碰撞后，認(rèn)為用戶在觀察模型與進(jìn)行思考，而沒有進(jìn)行切割，此時，在后臺中對瞬態(tài)顯示中的三角面片對應(yīng)的四面體進(jìn)行四面體細(xì)分，進(jìn)行拓?fù)浞蛛x，同時更新節(jié)點信息，將偽顯示的切割效果更新為真實切割效果，這樣使得在切割的過程中不會因為計算與拓?fù)浞蛛x使得切割的真實感下降，同時不會受到網(wǎng)格數(shù)量的影響使得隨著切割的進(jìn)行，會發(fā)生掉幀卡頓的現(xiàn)象，而進(jìn)行真正切割處理的時候則是在操作人員不進(jìn)行切割的時候，這樣增強了切割過程中的真實感與實時性。

一種基于瞬態(tài)顯示延遲處理的計算機切割模擬方法，具體步驟如下：

（1） 讀取網(wǎng)格的數(shù)據(jù)，得到四面體網(wǎng)格的單元集合與表面三角面片集合以及點的集合；

（2） 啟動表面三角面片顯示線程；

（3） 在具體步驟（2）之后，調(diào)用瞬態(tài)顯示模塊，顯示模塊內(nèi)部標(biāo)記的表面三角面片同時直接顯示出切割痕跡，如果系統(tǒng)沒有關(guān)閉，將繼續(xù)調(diào)用步驟（2），繼續(xù)重復(fù)顯示；

（4） 在步驟（1）后，進(jìn)行步驟（2）的同時啟動碰撞檢測的線程；

（5）如果步驟（4）的碰撞檢測結(jié)果為發(fā)生碰撞，則將碰撞的單元進(jìn)行標(biāo)記處理，添加到瞬態(tài)顯示的模塊中，判斷系統(tǒng)是否有關(guān)閉信號，沒有關(guān)閉信號將繼續(xù)調(diào)用步驟（4），否則停止調(diào)用，等待系統(tǒng)關(guān)閉；

（6）如果步驟（4）沒有發(fā)生碰撞檢測，而且未發(fā)生碰撞檢測的時間小于2秒，判斷系統(tǒng)是否有關(guān)閉信號，沒有關(guān)閉信號則繼續(xù)調(diào)用步驟（4），否則停止調(diào)用，等待系統(tǒng)關(guān)閉；

（7）如果步驟（4）沒有發(fā)生碰撞檢測，而且未發(fā)生碰撞檢測的時間大于等于2秒，則開始對瞬態(tài)顯示模塊內(nèi)的標(biāo)記節(jié)點啟動切割的四面體網(wǎng)格劃分，進(jìn)行拓?fù)渲貥?gòu)，判斷系統(tǒng)是否有關(guān)閉信號，沒有關(guān)閉信號則繼續(xù)調(diào)用步驟（4），否則停止調(diào)用，等待系統(tǒng)關(guān)閉。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的步驟（2）啟動表面三角面片顯示線程，是指啟動一個線程，線程內(nèi)部一直在重復(fù)運行顯示所有表面網(wǎng)格的程序，直到系統(tǒng)結(jié)束之前，一直都在顯示著三角面片集合。

優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的步驟（3）調(diào)用瞬態(tài)顯示模塊，顯示模塊內(nèi)部標(biāo)記的表面三角面片同時直接顯示出切割痕跡是指調(diào)用一下瞬態(tài)顯示模塊，模塊內(nèi)部有著顯示內(nèi)部特殊標(biāo)記的表面三角面片，特殊標(biāo)記就是碰撞檢測中，標(biāo)記碰撞時在當(dāng)前三角面片的切痕，在瞬態(tài)顯示模塊內(nèi)部，將標(biāo)記的三角面片顯示同時將標(biāo)記的切痕按照厚度顯示出來，有直接切割的效果。