[发明专利]生物组织剪切仿真方法、终端设备及存储介质

说明书

本发明适用于计算机图形学领域，提供一种生物组织剪切仿真方法、终端设备及存储介质，通过根据手术器械的刀口在上一帧和当前帧的位置，生成刀口的轨迹面，在轨迹面与连接相交且与轨迹面相交的连接、交点和交点法线满足切裂标准时，根据交点和法线更新拓扑结构生成切面，可以实现高逼真度的剪切断裂效果；在轨迹面与连接不相交，与轨迹面相交的连接、交点和交点法线不满足切裂标准时或生成切面之后，根据刀口的当前位置确定刀口剪切到的连接网格单元，并获取刀口剪切到的连接网格单元内与刀口相交的线段的中点位置，激活刀口剪切到的连接网格单元内预设的虚拟节点并赋值为中点位置，可以将生物组织表面被剪切到时的压痕调整为与刀口一致。

技术领域

本发明属于计算机图形学(Computer Graphics，CG)领域，尤其涉及一种生物组织剪切仿真方法、终端设备及存储介质。

背景技术

对可变形的生物组织的剪切仿真是一种在计算机上模拟真实手术操作的技术，它可以抽象为对生物组织的三维体模型的剪切。根据对三维体模型的离散化方式不同，对可变形物组织的剪切方法可以分为基于网格和无网格的两类方法。基于网格的方法将三维体模型离散成四面体网格、六面体网格或多面体网格等体网格，然后在网格单元上应用复合有限元方法(Composite Finite Element Method，CFEM)实现物理仿真。无网格的方法使用点离散化模型，采用基于点的动力学方法实现物理仿真。

现有方法在手术刀碰触到生物组织时会立即生成切口，而在真实的剪切中，生物组织将首先在剪切工具引起的外力下变形，然后在变形达到一定程度才被切开。而复合有限元方法会使得生物组织的表面顶点随着网格单元的变形而发生位置改变，导致在手术刀切到生物组织表面时压痕与刀口不匹配的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种生物组织剪切仿真方法、终端设备及存储介质，以解决现有方法在手术刀碰触到生物组织时会立即生成切口，而在真实的剪切中，生物组织将首先在剪切工具引起的外力下变形，然后在变形达到一定程度才被切开。而复合有限元方法会使得生物组织的表面顶点随着网格单元的变形而发生位置改变，导致在手术刀切到物体表面时压痕与手术刀不匹配的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种生物组织剪切仿真方法，包括：

采用复合有限元方法构建生物组织模型的离散化拓扑结构；其中，所述离散化拓扑结构的所有相邻的细网格单元之间建立有一条连接，所有所述连接组成包括若干连接网格单元的连接网格；

根据手术器械的刀口在上一帧和当前帧的位置，生成所述刀口的轨迹面；

检测所述轨迹面与所述连接是否相交；

在所述轨迹面与所述连接相交时，检测与所述轨迹面相交的连接、交点和交点法线是否满足切裂标准；

在与所述轨迹面相交的连接、交点和交点法线满足切裂标准时，根据所述交点和所述法线更新所述离散化拓扑结构，生成切面；

在所述轨迹面与所述连接不相交，与所述轨迹面相交的连接、交点和交点法线不满足切裂标准时或生成切面之后，根据所述刀口的当前位置确定所述刀口剪切到的连接网格单元，并获取所述刀口剪切到的连接网格单元内与所述刀口相交的线段的中点位置；

激活所述刀口剪切到的连接网格单元内预设的虚拟节点并赋值为所述中点位置；

生成所述生物组织模型的剪切仿真效果图，并返回根据手术器械的刀口在上一帧和当前帧的位置，生成所述刀口的轨迹面。

本发明实施例的第二方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例的第一方面所述生物组织剪切仿真方法的步骤。