[发明专利]一种基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法

说明书

本发明涉及骨组织修复技术领域，具体地说，涉及一种基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法。其包括建立三维仿真模型步骤、搭建虚拟现实环境步骤、完成骨组织力学模型的建立步骤和对骨组织力学模型进行渲染和形变显示步骤。本发明中虚拟现实环境的搭建基于现实数据，并通过Meshlab三维几何处理系统的编译，CHAI3D力反馈库的编译以及建立，采用共享内存的方式建立进程间通信，实现Meshlab三维几何处理系统与CHAI3D力反馈库的坐标共享，从而完成虚拟现实环境的搭建，给用户提供良好的虚拟现实环境。

技术领域

本发明涉及骨组织修复技术领域，具体地说，涉及一种基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法。

背景技术

虚拟现实技术，是近些年来发展起来的一项全新的实用技术，其囊括计算机、电子信息、仿真技术于一体，通过模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感，随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益旺盛。VR技术也取得了巨大进步，并逐步成为一个新的科学技术领域，而对这一技术需求最大的领域之一便是医学。

随着虚拟现实领域研究的进展和外科手术方式的复杂化和精细化，虚拟手术渐渐成为热门的研究课题。VR技术的基础首先是计算机仿真技术，计算机手术仿真技术是利用计算机结合虚拟现实技术来模拟并指导临床手术所涉及的各个过程。随着医学图像三维可视化技术的发展,图像快速多样化处理得以实现，弥补了常规二维图像的局限性。借助数字化平台,将患者的影像学数据通过计算机三维重建建立一个虚拟环境,同时结合人机交互设备,建立一套完整的计算机手术仿真系统，术者手持虚拟的手术器械对虚拟的术区组织实施手术,通过对术者的视觉、触觉听觉等的刺激,模拟真实手术场景，使其产生了身临其境的感觉。另一个重要的因素就是力觉交互。研究表明，与传统的视觉和听觉再现人机交互相比力觉再现能更好的提高虚拟现实系统的真实感，并在一定程度上提高事件的执行效率和成功率。力反馈是在人机交互过程中，计算机对操作者的行为做出反应，并通过力反馈设备作用于操作者的过程。作为虚拟现实系统中操作者和虚拟环境的交互接口，力反馈设备将操作者的行为(包括位置、动作和速度等)通过传感器实时监测，把数据输入到计算机，然后将虚拟环境生成的力感反馈给操作者，使操作者获得和触摸真实物体相同的力感。在具体的实现过程中，我们将运用CCMEF有限元分析技术、Chai3d虚拟现实技术、PCL点云处理、AABB碰撞检测等一系列技术来实现软件与设备的技术交互、力反馈设备的人机交互，使得虚拟现实系统的真实感和实用性大大提高。此项目成果将用于医疗培训方面，让医师可以用更短的时间和成本来提高自身素质。医师借助计算机手术仿真设备可以进行手术规划及模拟训练，将其应用到骨组织修复手术等其它骨骼外科手术当中。

现在虽然出现了一些虚拟现实手术方法，但还不够全面，存在一些缺陷，其中：中国专利公布号：CN112466174A，公开了一种基于虚拟现实平台的腰椎穿刺手术训练系统，该发明只是单一对手术环境进行渲染，没有结合物理真实反馈，仿真度不高。

中国专利公布号：CN109308739A，公开了一种基于虚拟现实的软组织微创手术训练方法，该发明通过结合力反馈设备对软组织进行微创穿刺或钳拉，也只是针对简单CT影像逆向模型，而实际上人体组织与骨骼构造复杂，需要利用专业的三维模型处理平台进行优化处理，因此并不具备实用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，以解决上述背景技术中提出的人体组织与骨骼构造复杂，需要利用专业的三维模型处理平台进行优化处理的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于物理仿真的骨组织修复虚拟现实解决方法，包括如下方法步骤：

S1、建立三维仿真模型；

S1.1、建立骨组织三维仿真模型；

S1.2、建立手术器具三维仿真模型；

S2、搭建虚拟现实环境；