导读:本文包含了虚拟流血论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:虚拟脑手术训练系统,Navier-Stokes方程,光滑粒子流体动力学,MarchingCubes算法
虚拟流血论文文献综述
石荃[1]（2019）在《虚拟脑手术训练系统中流血模拟研究》一文中研究指出虚拟现实技术正广泛深入到各个行业中,虚拟手术训练系统是这项技术在医学教育领域的重要应用,其结合虚拟现实技术与医学外科理论,创建出接近实际手术的交互环境。医学上脑肿瘤切除手术操作复杂,每个步骤有严格的规范,因此研究虚拟脑手术训练系统具有实际意义。此系统存在模块多、各模块的准确度要求高、数据耦合复杂等难点,目前没有一个系统能满足虚拟脑手术的所有需求。流血模块是体现虚拟脑手术场景逼真性、完整性和沉浸感的关键之一,同时此模块可以提供血液抽吸处理的操作训练。本文针对目前流血模拟在流体及血液特性方面研究不足、实时模拟的效果在真实性方面有所欠缺等问题,研究了流血动力学模型的加速、结合物理特性的模型优化以及血液与场景的渲染等部分,提出了改进的流血模拟模型,提升了模拟的计算速度、准确性与可视化效果。同时模拟出几种脑外科手术中可能出现的流血情况,并将建立的流血模块集成到虚拟脑手术训练系统中,主要内容如下:1.基于搜索加速算法的自适应光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法建立了流血物理模型。本文采用Navier-Stokes(N-S)方程作为控制血液运动的基础方程,通过保持自身质量守恒的SPH方法对N-S方程求解,建立具有流体特性的血液物理模型。针对SPH方法中邻近粒子搜索算法频繁调用引发的占用大量运算空间的问题,提出一种减少重复搜索判断的改进算法。此算法对8000个粒子搜索时,相比空间网格法减少13.4%的计算时间,提升SPH方法的效率。另外,本文给出一种自适应时间步长方法,取代传统SPH方法中所有粒子在固定步长更新的方法,通过粒子速度、受力及是否为表面粒子等因素确定下一时间步长,进一步提升了流血模拟的效率。2.结合物理特性的流血模型优化。从保持血液密度、增添表面张力、处理力的不稳定性及引入血液凝固特性等四个方面对流血模型优化。针对SPH方法中控制方程引起的流体粒子密度波动过大的问题,提出了一种基于WCSPH算法的粒子间压力计算方法控制密度波动。为实现表面张力作用,本文基于流体表面粒子检测方法,将表面张力添加至流血模型表面粒子上。针对邻近粒子数量不足产生的应力不稳定性问题,提出了基于势能函数的人工排斥力模型,对距离过近的粒子施加斥力作用,有效改善粒子聚集现象。此外,对血液凝固特性建模,提出了基于动态粘度系数的粘滞力方法,将粘度系数与温度联系,模拟中温度降低将使血液粒子间相对运动更加粘稠。3.基于Marching Cubes(MC)算法场景重建的虚拟脑手术流血仿真渲染。为了渲染的实时性,一般流血模拟研究中采用简单的模型进行渲染操作,损失了流血模拟效果的真实性。本文采用MC算法绘制血液表面。同时提出一种提升计算效率的预处理空体元MC算法,根据组织的叁维数据对虚拟组织进行表面绘制。通过后续OpenGL可编程管线的渲染,获取了良好的液面效果得到较真实的模拟结果。(本文来源于《北京交通大学》期刊2019-05-01）
李赐[2]（2018）在《虚拟训练：一场流汗不流血的战斗》一文中研究指出虚拟现实与增强现实技术作为离普通人越来越近的“黑科技”，已在众多领域投入使用。尤其是在军事领域，各国长期投入大量人力、物力，将相关技术引入作战训练。英国国防科学技术实验室虚拟技术首席专家戴维·雷迪克日前在采访中表示，过去20年，虚拟技术的发展给(本文来源于《中国国防报》期刊2018-12-21）
黄诗文[3]（2015）在《虚拟手术仿真系统中基于粒子系统的流血模型研究》一文中研究指出随着各国学者对虚拟现实技术的不断研究,该技术已被广泛应用于社会的各个领域。虚拟手术系统作为该技术在医学教育方面的一项重要应用,不但能够为实习医生提供手术训练平台,还能为外科手术医生提供手术方案制定以及风险评估的平台。因此,许多国内外学者都为能够模拟一个非常逼真的虚拟手术环境而进行了大量的研究。而在手术过程中,组织器官的流血是不可避免的。在虚拟手术仿真系统中加入流血模型不仅能够提高虚拟环境的逼真度,而且还能锻炼实习医生处理术中出血的能力。本文通过阐述系统中与流血模型相关的模块、血液流动的动力学仿真及血液的表面渲染等方面,对脑外科虚拟手术系统中的流血模型进行了分析与研究。具体内容安排如下:首先,本文分析了脑外科虚拟手术仿真系统中与流血模型相关的模块,其中包括力反馈设备及其驱动、碰撞检测、抽吸模型等。通过对本章的阐述,从系统角度说明了流血模型的实现过程。然后,本文研究了流血模型的动力学模拟方法——光滑粒子流体动力学。该方法在进行初始化之后,首先搜索出每个粒子的邻近点,然后逐个算出该粒子的密度、压强、压力、粘滞力,通过计算该粒子所受合力,得出其在下一帧所处的位置。为了解决该方法在脑外科虚拟手术系统中的实时性及占用内存过多的问题,通过引入空间网格搜索邻近点法和高度场法,提出了一种改进的快速光滑粒子流体动力学方法,改进后的方法能够在保证逼真度的前提下,实现了对脑部血液流动的实时仿真。在完成动力学仿真之后,还需对粒子形成的血液表面进行渲染。本文采用了一种速度较快且易于实现的表面重建方法——移动立方体法。该方法通过计算等值面提取出接近液面的立方体,然后通过线性插值方法找出需要绘制的叁角面片的顶点位置。为了保证该方法在脑外科虚拟手术系统中进行血液渲染的实时性,提出了一种粒子邻近立方体判断的方法取代了原方法中对所有立方体逐个判断的方法,从而实现了对血液的实时渲染。此外,通过引入纹理映射算法,在一定程度上提高了血液表面渲染的逼真度。最后,对上述相关的实验结果和数据进行了分析和讨论。(本文来源于《南昌大学》期刊2015-05-31）
赖颢升,向辉[4]（2014）在《虚拟手术流血模拟的GPU加速实现》一文中研究指出目的流血效果是虚拟手术模拟器视觉效果的重要组成部分,血流与固体交互的庞大计算量使取得实时的流血模拟效果具有很大的挑战性。提出一种基于图形处理单元(GPU)加速的虚拟手术流血效果模拟方法。方法该方法以Maller等人提出的光滑粒子动力学(SPH)作为基础,采用温度项使粒子具有不同速度模拟血流形成的血槽,同时基于构建均匀空间网格的思想,利用通用并行计算架构(CUDA)多线程并行加速技术完成粒子控制方程的求解和血流与固体交互的计算,从而取得实时的效果。结果实验结果表明,本文方法能够满足虚拟手术中切割表面流血和血液在器官中流动的模拟需求,在粒子个数为9000时仅需20 ms,对比于纯CPU的实现取得20.15倍的加速比,实现了大量粒子下的实时流血模拟。结论本文方法具有较好的灵活性和实时性的特点,可以应用于虚拟手术仿真系统之中。(本文来源于《中国图象图形学报》期刊2014年10期）
赖颢升[5]（2014）在《虚拟手术中流血效果模拟研究》一文中研究指出虚拟手术是现代医学与计算机技术相结合的新兴交叉研究领域,其涉及到了现代医学、计算机图形学、数字图像处理、生物力学和力反馈技术等多个学科的知识。虚拟手术仿真系统是医学教育和术前规划的重要工具,其根据现有的病人资料利用计算机建模和仿真技术为医生提供真实而准确的虚拟环境,减少了手术培训费用。为了方便后来研究人员可以快速地投入到虚拟手术领域中进行研究与开发,国内外学者们结合自己的研究成果搭建了一些通用的虚拟手术框架,如Spring, SOFA和GiPSi等,其包含了搭建虚拟手术仿真系统所需的基本算法和模块,如人机交互、碰撞检测、组织建模、形变和切割模拟、流体引擎、图形引擎、声音引擎和力反馈等,利用这些框架开发人员可以搭建针对特定手术过程的仿真系统。视觉反馈是虚拟手术仿真系统的重要交互方式。系统通过提供具有真实感和实时性的视觉反馈可以增强用户体验,提高训练的效果。而血液是人体的重要组成部分,在手术过程中器官或者皮肤出血是最常见的现象,因此,流血模拟是虚拟手术仿真系统中的重要组成部分。本文在Navier-Stokes方程的基础上加入温度传播方程作为血液流动的控制方程。采用光滑粒子动力学方法研究了切割流血和血液在器官内流动与交互的模拟,并通过构造人体出血量模型来描述流血状态下人体的生理变化。模拟过程可表示为多个独立的时间片,在每个时间片,血流采用粒子进行离散表示,通过求解血液流动控制方程得到粒子的加速度,然后采用Leap-Frog数值计算方法更新粒子的位移,计算过程中只需采用中间变量对前一时刻粒子的状态进行存储。流血模拟过程包括初始化系统和循环计算两大部分。在初始化系统部分,需要读入器官切割后伤口信息或者血管模型文件信息,对血液和人体出血量模型的相关参数进行设置,初始化血液粒子状态,完成GPU端内存分配和数据传递。在循环计算中,需要求解血液流动控制方程得到血液粒子当前时刻的位移、温度和受力等状态,并计算与器官组织的交互力,当粒子的温度达到阈值时需要强制修改粒子的属性来模拟血液的凝固效果,计算完成后利用图形绘制接口OpenGL通过视觉显示反馈给用户。在虚拟手术中流血效果模拟存在着真实感和实时性的矛盾,本文运用计算能力比CPU更优的GPU来处理求解Navier-Stokes方程过程中各种耗时的计算。模拟过程中将采用GPU提取的血液表面信息存放在显存中,利用CUDA的特性直接使用OpenGL对显存中的数据进行绘制,减少了CPU端和GPU端的数据传递；另外,采用将物体表示成粒子的思想设计并行碰撞检测算法,减少了计算规模,提高了计算效率。(本文来源于《山东大学》期刊2014-05-20）
施鹏[6]（2013）在《虚拟肝脏手术中叁维表面流血效果模拟》一文中研究指出虚拟现实技术已经深入应用到生产生活的各个领域中。一直以来肝脏手术都是医学手术中难度较大的一类手术,这是由于肝脏的代谢能力强,内部包含各种类型的管道较多。一个熟练肝脏手术医生的培训往往需要大量的人体试验,而基于虚拟现实技术的虚拟肝脏手术仿真系统能为医生提供很好的训练平台。虚拟肝脏手术系统中,流血模拟是很重要的一部分,因为肝脏手术中肝脏表面流血和切口内部渗血都是伴随着整个手术过程不断出现,流血模拟涉及到整个手术系统的逼真性和完整性。在本文中介绍了流血模拟的动力学模型、血液与肝脏表面的碰撞检测、血液表面渲染等方面的内容,并结合这几方面内容对虚拟肝脏手术叁维表面流血模拟进行了实验,论文的主要工作如下:1)在流血模拟的动力学模型方面,在简单对比了其他研究者关于流血动力学模型的基础上,采用了基于Navier-Stokes方程的流体动力学模型,然后针对该方法难以求出解析解的问题,使用了基于光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)的方法对Navier-Stokes方程进行数值求解,实验结果表明,使用基于Navier-Stokes方程的流体动力学模型能很好的表现出流血的性质,而通过SPH方法对其求解能满足虚拟肝脏手术系统中流血模型对实时性的要求。2)在流血粒子与肝脏外表面叁角形网格的碰撞检测方面,首先介绍了常见的几种碰撞检测类型,然后根据流体粒子与肝脏表面叁角形网格的特性,提出了一种基于叁维空间立方体网格划分的碰撞检测算法,该算法不仅实现了流体粒子与叁角形网格的碰撞检测与碰撞响应,而且能利用SPH建立好的立方体网格进行碰撞检测,从而在时间和空间上节省了大量的资源。3)在血液表面渲染方面,根据本文的流体动力学模型,采用了基于Marching Cubes血液表面提取算法,并根据流血模拟的特性对算法进行了简化,提高了实时性,并利用GPU对液体的表面渲染进行加速。文章最后结合上述算法进行了虚拟肝脏手术中的流血模拟,从模拟效果的逼真性和性能上的实时性方面,均达到了虚拟肝脏手术系统对流血模拟的真实感与实时性要求。(本文来源于《国防科学技术大学》期刊2013-12-01）
虚拟流血论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
虚拟现实与增强现实技术作为离普通人越来越近的“黑科技”，已在众多领域投入使用。尤其是在军事领域，各国长期投入大量人力、物力，将相关技术引入作战训练。英国国防科学技术实验室虚拟技术首席专家戴维·雷迪克日前在采访中表示，过去20年，虚拟技术的发展给
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
虚拟流血论文参考文献
[1].石荃.虚拟脑手术训练系统中流血模拟研究[D].北京交通大学.2019
[2].李赐.虚拟训练：一场流汗不流血的战斗[N].中国国防报.2018
[3].黄诗文.虚拟手术仿真系统中基于粒子系统的流血模型研究[D].南昌大学.2015
[4].赖颢升,向辉.虚拟手术流血模拟的GPU加速实现[J].中国图象图形学报.2014
[5].赖颢升.虚拟手术中流血效果模拟研究[D].山东大学.2014
[6].施鹏.虚拟肝脏手术中叁维表面流血效果模拟[D].国防科学技术大学.2013