[发明专利]基于双层迭代涡卷压缩弹簧模型的建模方法

摘要

本发明公开了一种基于双层迭代涡卷压缩弹簧模型的建模方法，为适应时代对虚拟手术仿真更高的要求，采用双层迭代涡卷压缩弹簧模型结构，当受到外力时，以受力点为O(0,0,0)建立空间直角坐标系，依次以Oi(0,0,(2i‑1)d/2+(i‑1)h)为圆心，用直径为d的弹簧丝形成半径为R+(i‑1)b的外层弹簧和半径为r+(i‑1)a的内层弹簧。所受力由内层逐层消耗，当受力为达到该层最大消耗时转入外层。根据弹簧的切变模量和节矩根据公式求出每层弹簧消耗的力F，通过公式求出每层弹簧的刚度系数K，根据公式求出每层的形变量X，使结果更具实时性和精确性。

主权项

基于双层迭代涡卷压缩弹簧模型的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)，对虚拟场景进行初始化；步骤2)，当检测到虚拟代理碰撞到虚拟柔性体表面上任何一点O时，在给定虚拟外力F作用下，虚拟代理与虚拟柔性体交互的局部区域内部填充双层迭代涡卷压缩弹簧模型；所述双层迭代涡卷压缩弹簧模型的具体构建方法如下：步骤2.1)，以O为原点，以水平方向为X轴，建立空间直角坐标系XYZ，O点的坐标为(0,0,0)；步骤2.2)，构建双层迭代涡卷压缩弹簧外层弹簧；步骤2.2.1)，对于任意大于等于1小于等于N的自然数i，以Oi(0,0,(2i‑1)d/2+(i‑1)h)为圆心、用直径为d的弹簧丝形成半径为R+(i‑1)b的涡卷压缩弹簧，并将该涡卷压缩弹簧作为双层迭代涡卷压缩弹簧外层弹簧的第i层,其中，d为预先设定的第一阈值,N为预先设定的双层迭代涡卷压缩弹簧外层弹簧的层数，R为预先设定的第二阈值，b为预先设定的第三阈值；步骤2.2.2)，将双层迭代涡卷压缩弹簧外层弹簧的N层涡卷压缩弹簧从上到下依次相连；步骤2.3)，构建双层迭代涡卷压缩弹簧内层弹簧；步骤2.3.1)，对于任意大于等于1小于等于N的自然数i，以Oi(0,0,(2i‑1)d/2+(i‑1)h)为圆心、用直径为d的弹簧丝形成半径为r+(i‑1)a的涡卷压缩弹簧，并将该涡卷压缩弹簧作为双层迭代涡卷压缩弹簧内层弹簧的第i层，其中，r为预先设定的第四阈值，a为预先设定的第五阈值，R大于r，且a小于b；步骤2.3.2)，将双层迭代涡卷压缩弹内层弹簧的N层涡卷压缩弹簧从上到下依次相连；步骤2.4)，将双层迭代涡卷压缩弹簧外层弹簧的下端和双层迭代涡卷压缩弹簧内层弹簧的下端均固定，并在双层迭代涡卷压缩弹簧外层弹簧的上端施加给定虚拟外力F；步骤3)，计算双层迭代涡卷压缩弹簧内层弹簧中各层弹簧的形变量；步骤4)，计算双层迭代涡卷压缩弹簧外层弹簧中各层弹簧的形变量；步骤5)，将双层迭代涡卷压缩弹簧中内层弹簧和外层弹簧的各层弹簧的形变量相加，得到虚拟柔性体表面的形变量X；步骤6)，根据计算出的虚拟柔性体表面的形变量刷新图形。