随着虚拟现实技术的不断发展,虚拟现实在医学上的应用也逐渐发展起来,推动了现代医学不断向精准化、个性化、微创化发展的前沿技术,将医学教学、医学研究、临床治疗的水平向更高更远方向发展。虚拟手术对视觉、触觉和实时交互三方面都有很高的要求,软组织变形技术是虚拟手术模拟器研究的难点、重点技术问题。本文以胸腔镜虚拟手术训练系统为研究平台,主要研究了基于位置动力学模型的软组织变形算法。取得的主要成果包括:1.分析了传统位置动力学模型的数学原理、约束条件,其约束条件主要由拉伸约束、体积约束、弯曲约束等约束函数构成,给出了一种物理模型驱动几何模型的软组织变形方法;然后,给出了物理模型的生成方法、几何模型与物理模型的耦合方法,并使用基于四面体网格的物理模型驱动基于三角形表面网格的几何模型变形;最后,基于位置动力学易扩展的特性,将其应用于肺部虚拟手术中,展示了变形的效果。2.设计并实现了系统中基于力反馈设备的触觉渲染。使用力反馈设备控制手术器械,对触碰操作增加了触觉编程,以及选用了碰撞检测算法(AABB),提高了仿真的代入感,上述算法已初步集成于胸腔镜虚拟手术训练系统中,实现了具有夹取、按压等操作以及形变效果的虚拟手术核心功能。3.介绍了胸腔镜虚拟手术平台的搭建,给出了背景介绍以及相关模块中涉及的技术。系统由软、硬两部分组成;展示了硬件平台的组成部分并介绍了软件部分是由OpenGL库、GLUT库、haptic库等组成。阐述了该系统模型生成的方式、所包含的力反馈模块、软组织形变模型以及碰撞检测模型,说明了本系统使用的数据结构。