虚拟手术仿真是虚拟现实技术在医学领域的现实应用，专门用来模拟手术过程中可能遇见的各种情况，已成为当前国际上生物医学工程领域研究的极具挑战性的前沿课题。虚拟手术主要围绕视觉与触觉两方面进行研究，通过视觉反馈直观地呈现出逼真的虚拟手术场景及操作对象，利用触觉反馈感受虚拟环境中力的作用并对操作做出及时、正确的判断。本文主要从视觉技术出发，选择典型的、难度较大的人体肝脏组织作为研究对象，紧紧围绕虚拟手术中的力/触觉反馈技术展开深入的研究，主要工作如下：1．基于网格技术实现力反馈：采用质点—弹簧体模型构建软组织的物理模型，体模型具有较高精度，但数据量较大，计算复杂，因此，提出一种改进的欧拉算法求解软组织的形变过程，采用显式欧拉法对质点速度进行求解并作为初始值，然后用隐式欧拉法对位移进行求解，此方法综合了显式欧拉法和隐式欧拉法的优点，具有良好的稳定性和较高的实时性；基于PHANTOM Omni力反馈设备，采用弹簧—阻尼器模型作为力反馈计算模型，输出稳定、光滑的反馈力，触觉交互较为逼真。2．基于无网格技术实现力反馈：无网格法不需要依赖网格，不会出现网格的重构与划分，具有自适应性和较高精度，在虚拟手术仿真领域已显示出良好的应用前景。本文提出一种基于无网格光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)的力反馈计算方法：选择Voigt粘弹性模型来反映软组织的生物力学特征，充分考虑软组织的力学本构方程，具有较高精确性；采用SPH方法求解形变运动方程组及交互过程中产生的反馈力，并输出给力反馈设备，实现了触觉交互。3.提出一种基于动态局部交互区域的SPH方法：SPH方法具有较高精度，但全局使用时计算成本较高，反馈力输出不稳定，产生“跳动”现象，虚拟手术中光滑力反馈要求触觉帧速不小于300HZ，为满足要求，提出一种基于动态局部交互区域的SPH方法，将软组织划分为形变区域和非形变区域，假定软组织形变仅受形变区域内节点的影响，故非形变区域近似认为不发生形变。形变区域包含两部分：交互区域和传播区域。在交互区域采用SPH方法对各个物理量进行精确计算，在传播区域则通过将受力点物理量直接衰减的方式进行近似求解。此方法具有位置可变及区域可延伸的优点，同时大大减少了参与计算的粒子数量，提高了计算效率，最终实现了反馈力的稳定输出，触觉交互效果良好。4．基于SPH方法实现力反馈的情况尚未见报道，因此，必须对SPH方法的有效性及实时性进行验证。有效性方面，以同一肝脏数据作为测试样本，将SPH方法的模拟效果与基于质点—弹簧模型的模拟效果和基于真实猪肝的测试结果进行对比，结果说明SPH方法适用于虚拟手术中反馈力的计算；实时性方面，对质点—弹簧模型、SPH以及基于动态局部交互区域的SPH三种方法的实时性进行了统计对比，并讨论了光滑半径对SPH方法实时性的影响。