虚拟手术仿真系统可以对低年资医生进行临床手术培训,也可以针对病理进行术前手术预演,因此具有重要的研究价值。针对肾脏模型表面存在的黑空洞区域问题,论文提出了基于点云密度的修补方法,使得模型更加完整。后续针对传统球冠映射方法运用于不规则模型表面出现纹理映射模糊和重叠问题,提出基于区域划分球冠映射算法改善了模型表面的纹理效果。针对传统切割方法存在狭长状的切口问题,论文利用三阶贝塞尔曲线对不同切割情况的手术切口进行拟合,并在切口内部采用SPH方法和Open GL混合方法进行渲染,最终建立一个虚拟手术仿真系统,在切割操作模拟时呈现比较逼真的切割伤口。本文主要完成了以下研究工作:首先,以CT医学图像数据在Mimics软件中建立肾器官的三维模型,针对肾模型表面存在的黑空洞问题,设计了点云增补算法对黑空洞进行填补,该算法利用点云密度来确定黑空洞位置,并采用双线性插值办法来对黑空洞区域进行点云增补,使模型在外观效果上更加符合真实的软组织。对于球冠映射算法处理表面曲率变化较大的模型时存在的纹理映射模糊和重叠现象,论文提出基于区域划分球冠映射算法,根据模型表面曲率大小将模型划分为平坦区和非平坦区,然后根据本文设计的算法对不同区域进行纹理映射,有效的解决传统球冠映射算法纹理映射模糊和重叠现象。其次,本文针对虚拟手术系统中的切割操作进行了模拟仿真研究。为了更好的判断是否对模型开始进行切割操作,并且提高力反馈的精度和更全面地描述软组织的生物力学特性,提出了基于点云密度的弹簧阻尼模型来更好的模拟手术刀受到的反馈力。当仿真系统开始进行切割时,本文根据真实软组织切割过程,将软组织切割分为两种情况:软组织表面切割和软组织内部切割的仿真。对于两种不同的切割情况,手术刀简化模型也不同。通过检测交互设备的切割路径和计算发生位移的点云,来确定起始点,利用设计的算法在发生位移的点云中来确定控制点,由控制点和起始点来确定三阶贝塞尔曲线来绘制切割伤口形状。根据位移后新的点云位置对模型进行纹理贴图并渲染切割伤口。最后通过实验验证利用三阶贝塞尔曲线来对无网格肾模型进行切割操作,提升了切割手术仿真系统的真实感。然后,基于SPH和Open GL混合渲染的方法对切割伤口内部进行渲染。首先构建了基于光滑粒子流体动力学（SPH）算法的血液模型,通过粒子的作用域确定粒子的邻近点,然后根据牛顿定律,计算出粒子的力、加速度和SPH粒子的表达式。完成构建粒子的动力学之后,要实现真实的血液,还需要对光滑平整的流体进行渲染。本文利用Open GL的混合功能,对血液表面粒子进行了透明度设置,不仅实现了对血液的渲染,还在一定程度上提高了虚拟手术系统的逼真度。最后,搭建虚拟手术仿真平台,将黑空洞填补后肾模型和纹理映射算法和手术切割方法和伤口内部的渲染方法应用在该系统中。实验结果表明本课题开发的虚拟手术仿真系统可以有效得完成手术切割操作,具有逼真的视觉效果。