研究数字化、高仿真度、强体感、有利于脑神经外科微创执刀医生培养的手术训练的系统技术以及装置对脑神经外科微创手术成功率的提高、专业外科医生的培养具有重大研究和实践意义。由于脑部结构复杂、神经外科手术涉及面较广,目前国内主要针对组织形变、流血以及力反馈模块的研究,还没有成熟的手术工具功能设计技术以及手术过程实时渲染的方法。针对以上问题,本文在研究组织形变、流血、力反馈模块的基础上,以手术工具功能设计和实时渲染为主要研究内容,设计并开发了基于Unity3D的神经外科虚拟手术训练软件,本文的主要研究内容如下:1.为了提高虚拟手术过程的高仿真度,对手术过程进行实时渲染。本文设计了一种用于手术切割的实时渲染算法,解决了切割过程中切口纹理失真的问题,有效地提高了虚拟手术过程的真实感。2.提出了一种基于AABB层次包围盒与Mesh Collider碰撞检测算法。基于AABB包围盒树,向下查找与Mesh Collider接触点的包围盒,直到检测所有接触点不在包围盒内或者接触点与叶子包围盒结点相交的判断方法,得出碰撞检测结果。3.设计了双极电凝器、棉片和手术刀等主要手术工具的功能。手术工具在碰撞检测基础上,查找精确的接触点,改变手术对象模型结构和纹理,使其具有真实手术中的功能效果,并且手术工具之间可以相互配合使用。4.设计并开发的虚拟手术训练软件集成了手术基础训练模块和肿瘤切除模块。手术基础模块使手术训练者能熟练使用手术工具。肿瘤切除模块主要使用手术工具对肿瘤进行切除训练,使用和深入理解肿瘤切除过程。本文设计的神经外科虚拟手术训练软件,经过初步测试表明,具有较逼真手术训练环境和手术过程、精确和高效的碰撞检测,丰富的手术工具功能,以及具有基础训练模块和针对性训练模块,满足了医护人员的手术训练需求。