[发明专利]妇科检查虚实同步模拟方法

说明书

本发明公开了一种妇科检查虚实同步模拟方法，包括：建立虚拟操作体的碰撞体及虚拟操作体运动空间的碰撞体、虚拟子宫的碰撞体及虚拟子宫运动限制空间的碰撞体；虚拟操作体在3D虚拟场景中与现实操作体同步运动；进行各碰撞体的碰撞检测；最后进行判断、数据处理以及运动渲染。采用本发明妇科检查虚实同步模拟方法，可以实现对虚拟子宫的仿真妇科检查训练，包括扪触、轻刮、轻刷、涂抹、抬举、按压等检查操作虚拟和现实的同步，实现妇科检查双合诊、三合诊、器械检查的现实操作与虚拟仿真操作的同步，便于老师和学生观察妇科检查训练的手法以及评价。

技术领域

本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及一种妇科检查虚实同步模拟方法。

背景技术

妇科检查中对于子宫的检查至关重要，通常采用双合诊、三合诊或一些器械进行检查。医学院校老师在教学时，通常采用妇科模型进行模拟教学，但是单一的妇科模型已无法满足目前的教学需求，学生在妇科模型进行训练时，无法观察自己的操作手法，同时老师也不便评价。所以目前的教学产品已逐渐朝虚拟现实技术方向发展，采用现实的妇科模型结合虚拟的妇科模型组成的虚拟妇科检查系统，那么就需要实现现实和虚拟的检查训练动作的同步。因此，本发明设计了一种妇科检查虚实同步模拟方法，使现实操作和虚拟操作同步。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种妇科检查虚实同步模拟方法，可以实现妇科检查现实操作和虚拟操作的同步。

本发明所采用的技术方案为：一种妇科检查虚实同步模拟方法，包括：

（1）分别建立虚拟操作体的碰撞体及虚拟操作体运动空间的碰撞体、虚拟子宫的碰撞体及虚拟子宫运动限制空间的碰撞体；所述虚拟操作体运动空间为一包围虚拟子宫且露出虚拟子宫颈的空间；所述虚拟子宫运动限制空间至少为包围虚拟操作体运动空间的空间；所述虚拟子宫运动限制空间至多为虚拟盆腔的空间；

（2）采用电磁跟踪系统跟踪现实操作体的空间位置和空间姿态并实时变换为虚拟操作体的空间位置P和空间姿态Q，同时使虚拟操作体在3D虚拟场景中与现实操作体保持同步运动，虚拟子宫保持初始位置和姿态；

（3）采用物理引擎进行虚拟操作体的碰撞体与虚拟操作体运动空间的碰撞体的碰撞检测；

（4）判断虚拟操作体是否碰撞并进入虚拟操作体运动空间，是则进入步骤（5）；否则返回步骤（2），虚拟子宫保持初始位置和姿态，虚拟操作体随着现实操作体的运动而同步运动，实现现实操作体与虚拟操作体进行妇科检查子宫颈、子宫口操作的同步，包括仿真扪触、仿真轻刮、仿真轻刷、仿真涂抹的同步检查；

（5）进行虚拟操作体的碰撞体与虚拟子宫的碰撞体的碰撞检测；

（6）判断虚拟操作体与虚拟子宫是否碰撞接触，是则进入步骤（7），否则返回步骤（5）；

（7）渲染引擎根据虚拟操作体实时的空间位置P和空间姿态Q进行虚拟子宫空间位置O’和空间姿态Q’的数据处理，并驱动虚拟子宫根据实时数据处理的结果与虚拟操作体同步运动，具体运动轨迹渲染方法如下：

a、建立世界坐标系xyz，坐标原点为O；建立虚拟子宫的局部坐标系x’y’z’，坐标原点为O’；

b、在虚拟操作体与虚拟子宫碰撞接触的初始时刻，虚拟操作体的空间位置为P₀、空间姿态为Q₀，转换到局部坐标系x’y’z’中的空间位置为P₀’= Q₀^-1P₀, 空间姿态为Q₀^-1，O’点在局部坐标系x’y’z’中与虚拟操作体的位置偏移为-P₀’，变换至世界坐标系xyz中为-QP₀’;