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三角面片的顶点位置。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。