[發明專利]穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法及該系統

在審

• 申請號: 201810418929.4
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108829922A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 于福東;朱云
• 申請（專利權）人: 蘇州敏行醫學信息技術有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G09B23/28
• 代理公司: 深圳市漢唐知識產權代理有限公司 44399
• 代理人: 彭益宏

一種穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法及系統，包括：洞巾分解：將洞巾分解成N個質點；質點連接：每個質點和與其相鄰的8個點用彈性件連接；計算質點內力，計算質點外力，獲取質點下一幀的位置；對洞巾做碰撞檢測：采用“橢球包圍體”碰撞，將頂點的x、y、z值帶入方程：計算結果若小于1或等于1則發生碰撞，求解橢球體碰撞點；上述穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法及該系統通過將洞巾分解成N個質點，將每個質點和與其相鄰8個點用彈性件連接建立模型，通過計算質點內力、計算質點外力，獲取質點下一幀的位置，同時用“橢球包圍體”碰撞對洞巾做碰撞檢測，求解橢球體碰撞點，實現洞巾的動態過程，使洞巾準確貼合到穿刺部位。

技術領域

本發明涉及醫療教學訓練系統的建模方法，特別涉及一種穿刺虛擬教學訓練系統中的鋪巾過程建模方法及該穿刺虛擬教學訓練系統。

背景技術

穿刺訓練中的鋪巾操作需要用到洞巾，目前大多數采用方法是對洞巾建立骨骼，然后由美工針對每個動作做不同的布料骨骼動畫，這種做法帶來的弊端就是洞巾不會隨著周圍環境的變化來變化。針對不同的鋪巾部位都需要做不同的布料骨骼的調整，加大的美工的工作量以及工作復雜度，另外如果披風的骨骼的數目不多的話，還會導致即使是調出來的動作也會產生很不美觀的效果。

要實現一套針對布料的物理系統，要求在沒有風的情況下，布料會受重力的影響，慢慢的飄落，并且在有風刮起來的時候能隨風飄擺。在虛擬穿刺訓練中能實現鋪洞巾的動態過程，并使洞巾準確貼合到穿刺部位。

傳統物理中，根據流體力學來說，洞巾模型上每個頂點的力可以用圣維南方程組來求，但是在數學里面來說，圣維南方程組是沒有精確解的，那么就需來設計一種模型來求該方程的近似解。

發明內容

基于此，有必要提供一種實現鋪巾動態過程的穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法。

同時，提供一種實現鋪巾動態過程的穿刺虛擬教學訓練系統。

一種穿刺虛擬教學訓練系統中鋪巾過程建模方法，包括如下步驟：

洞巾分解：將洞巾分解成N個質點，形成矩形陣列點；

質點連接：每個質點和與其相鄰的上、下、左、右、左上、左下、右上、右下8個點用彈性件連接，

計算質點內力；

計算質點外力；

獲取質點下一幀的位置：根據質點的質量及質點內力與外力的合力大小獲得一個帶方向的加速度：

v_t＝v₀×at計算質點這一幀的速度向量，將當前質點在空間中的位置加上v_t×t得到質點下一幀的位置，F_合質點內力和外力的合力大小，m質點質量；

對洞巾做碰撞檢測：采用“橢球包圍體”碰撞，橢球體綁定在待鋪巾人物骨骼上，采用三個向量描述橢球體，一個是橢球體在空間的中點，另外一個是橢球體在X、Y、Z軸三個方向的半徑長度，再一個是指定橢球體的方向的向量，橢球體的方程為：

將頂點的x、y、z值帶入計算式：

判斷計算結果大于1還是小于1，若小于1或等于1則發生碰撞；

求解橢球體碰撞點：發生碰撞之后，將該洞巾頂點強行移動到離橢球體表面最近的點，通過解從橢球中點、過該洞巾頂點的射線和橢球體方程一起連解，獲得該洞巾頂點離最近橢球體表面的一點，化簡得到：

x＝x₀+t×(x₁-x₀)